C++的底层机制
有一种朋友不在生活里,却在生命力;有一种陪伴不在身边,却在心间。图老师即在大家的生活中又在身边。这么贴心的服务你感受到了吗?话不多说下面就和大家分享C++的底层机制吧。
int a=10;
按照我们的思维习惯来讲,就是“存在一个变量a,它的值是10”,一切都显得那么的自然。我们不必去在乎什么所谓的地址以及其他的一些细节。然而在这条语句的底层实现中,a已经不能算是一个变量了,它仅仅是一个标记,代表一个地址的标记:
mov dWord ptr[a],0Ah;
怎么样,这条语句不像上面那条易于接受吧,因为它需要了解更多的细节,你几乎不能得到编译器的任何帮助,一切思维上的跨越必须由你自己完成。这条语句应该解释为“把10写入以a为地址的内存区域”。你说什么?a有些像指针?对,的确像,但还不是,只不过他们的过程似乎是类似的。这里所说的跨越实际上就是从一个现实问题到具体地址以及内存区域的跨越。
二.引用:你可以拥有引用,但编译器仅拥有指针(地址)
看过了第一条,你一定对编译器的工作有了一定的了解,实际上编译器就是程序员与底层之间的一个转换层,它把一个高级语言代码转换为低级语言代码,一个编译器完成的转换跨度越大,那么它也就会越复杂,因为程序员的工作都由他代为完成了。C++编译器必然比汇编编译器复杂就是这个道理。假如我问你引用和指针是一样的吗?你或许会说当然不一样了,指针轻易产生不安全的因素,引用却不会,真的不会吗?我们来看下面这段代码:
int *e=new int(10);
int &f=*e;
delete e;
f=30;你认为上面这段代码怎么样,我感觉就不很安全,它和指针有相同的隐患。因为它所引用的内存区域就不合法。我个人认为,所谓的引用其实就是一种指针,只不过二者的接口并不相同,引用的接口有一定的限制。指针可以一对多,而引用却只能一对一,即&refer不能被改变,但却并不能说一对一就是安全的,只不过危险的系数降低罢了。引用比指针更轻易控制。
Ok,下面来说说指针,曾经有过汇编经验的人一定会说,恩,指针的某些地方有些像汇编,尤其是那个“*”,怎么就那么像汇编中的“[]”啊。的确,它也涵盖了一个寻址的过程。看来指针的确是个比较低级的东西。然而引用却并不那么直接,虽然程序员用起来方便安全了许多。但是你要清楚,只有你可以拥有引用,编译器可没有这个工具,计算机并不熟悉这个东西。因此,它的底层机制实际上是和指针一样的。不要相信只有一块内存拷贝,不要认为引用可以为你节省一个指针的空间,因为这一切不会发生,编译器还是会把引用解释为指针。不管你相不相信,请看下面这段代码:int& b=a;
lea eax,[a];
mov dword ptr[b],eax;把a的地址赋给地址为b的一块内存
b=50;
mov eax,dword ptr[b];
mov dword ptr[eax],32h;
int *d=&a;
lea eax,[a];
mov dword ptr[d],eax
*d=60;
mov eax,dword ptr[d]
mov dword ptr[eax],3ch;以上的代码均来自具体的编译器,怎么样,相信了吧,好,让我再来做一个或许不怎么恰当的比拟,你一定编过有关线性表和栈的程序吧,线性表是一个非常灵活的数据结构,在他上面有许多的操作,然而栈呢,它是一个限制性操作的线性表,它的底层操作实际上是由线性表操作实现的。就好比stack与vector的关系,因此指针和引用的关系就好比线性表和栈的关系,引用也就是受限的指针,它对外的接口和指针虽然并不一样,但底层是相同的。下面再来看看引用的一个重要用途,作为函数的参数传递的时候是怎样的情形:
void swapr(int &a, int &b);
void swapr(int* a, int *b);
int a=10;
int b=20;
swapr(a, b);
lea eax,[a];
push eax; //把a的地址压入堆栈
lea ecx,[b];
push ecx;
call swapr;
swapr(&a, &b);
lea eax,[a];
push eax;
lea ecx,[b];
push ecx;
call swapr;
怎么样,用引用和指针传递参数无论是在效率上还是在空间上都是完全一样的,假如妄想不传入地址就修改实参的值,简直就是天方夜谭,这就说明引用的本质就是指针。究竟它们的行为都太相似了,假如不是这样,你还有什么方法去实现引用吗?记住,引用只不过是编译器为你提供的一个有用且安全的工具,对于机器代码可无法表示它,它把指针一对多的缺点去除,禁止了你的不安全的操作。但回到问题的本源,他们没有任何区别。