编译器如何理解C++的指针和引用？

news2025/6/28 8:25:55

        初学引用时，往往很难真正理解引用，它与指针究竟有什么区别和联系。下面我们不妨看看编译器如何理解引用和指针的。

一.函数通过指针传参

1.1 示例代码

#include <iostream>

using namespace std;

void swap(int *x,int *y)//指针传参 
{
	int tmp;
	tmp = *x;
	*x = *y;
	*y = tmp;
}

int main(int argc, char** argv) 
{
	int a = 20;
	int b = 30;
	
	swap(&a,&b);//指针传参 
	
	return 0;
}

1.2 汇编代码

1.2.1 main函数汇编代码

<+0>:	push   %rbp
<+1>:	mov    %rsp,%rbp
<+4>:	sub    $0x30,%rsp
<+8>:	mov    %ecx,0x10(%rbp)
<+11>:	mov    %rdx,0x18(%rbp)
<+15>:	callq  0x40e780 <__main>
<+20>:	movl   $0x14,-0x4(%rbp)//栈中偏移4的空间初始化为20，即int a = 20
<+27>:	movl   $0x1e,-0x8(%rbp)//栈中偏移8的空间初始化为30，即int b = 30
<+34>:	lea    -0x8(%rbp),%rdx//取b的地址传给rdx
<+38>:	lea    -0x4(%rbp),%rax//取a的地址传给rax
<+42>:	mov    %rax,%rcx//rax的值传给rcx，即a的地址保存到rcx中
<+45>:	callq  0x401530 <swap(int*, int*)>//引用传参的函数
<+50>:	mov    $0x0,%eax
<+55>:	add    $0x30,%rsp
<+59>:	pop    %rbp
<+60>:	retq

 由上图可知：

（1）main函数在栈中开辟了两个4字节空间，分别分配给a和b，并且分别初始化为20和30

<+20>:	movl   $0x14,-0x4(%rbp)//栈中偏移4的空间初始化为20，即int a = 20
<+27>:	movl   $0x1e,-0x8(%rbp)//栈中偏移8的空间初始化为30，即int b = 30

（2）准备传给swap函数的参数

<+34>:	lea    -0x8(%rbp),%rdx//取b的地址传给rdx
<+38>:	lea    -0x4(%rbp),%rax//取a的地址传给rax
<+42>:	mov    %rax,%rcx //rax的值传给rcx，即a的地址保存到rcx中
<+45>:	callq  0x401530 <swap(int&, int&)>//引用传参的函数

        swap函数的参数分别保存在rcx和rdx中，且是参数地址。

1.2.2 swap函数汇编代码

<+0>:	push   %rbp
<+1>:	mov    %rsp,%rbp
<+4>:	sub    $0x10,%rsp
<+8>:	mov    %rcx,0x10(%rbp)//a的地址保存到栈中(对应形参x)
<+12>:	mov    %rdx,0x18(%rbp)//b的地址保存到栈中(对应形参y)
<+16>:	mov    0x10(%rbp),%rax//取出a的地址到rax中
<+20>:	mov    (%rax),%eax//a的值赋给eax（4字节）
<+22>:	mov    %eax,-0x4(%rbp)//eax的值赋给栈偏移为4的变量tmp中，即tmp = a
<+25>:	mov    0x18(%rbp),%rax//取出b的地址到rax中
<+29>:	mov    (%rax),%edx//b的值赋给edx（4字节）
<+31>:	mov    0x10(%rbp),%rax//取出a的地址到rax中
<+35>:	mov    %edx,(%rax)//eax的值赋给a，即a = b
<+37>:	mov    0x18(%rbp),%rax//取出b的地址到rax中
<+41>:	mov    -0x4(%rbp),%edx//edx = tmp
<+44>:	mov    %edx,(%rax) //b = edx，即b = tmp
<+46>:	add    $0x10,%rsp
<+50>:	pop    %rbp
<+51>:	retq

        由上图可知：

（1）swap函数接收了a和b变量的地址

<+8>:	mov    %rcx,0x10(%rbp)//a的地址保存到栈中(对应形参x)
<+12>:	mov    %rdx,0x18(%rbp)//b的地址保存到栈中(对应形参y)

（2）直接交换a、b空间的值

<+16>:	mov    0x10(%rbp),%rax//取出a的地址到rax中
<+20>:	mov    (%rax),%eax//a的值赋给eax（4字节）
<+22>:	mov    %eax,-0x4(%rbp)//eax的值赋给栈偏移为4的变量tmp中，即tmp = a
<+25>:	mov    0x18(%rbp),%rax//取出b的地址到rax中
<+29>:	mov    (%rax),%edx//b的值赋给edx（4字节）
<+31>:	mov    0x10(%rbp),%rax//取出a的地址到rax中
<+35>:	mov    %edx,(%rax)//eax的值赋给a，即a = b
<+37>:	mov    0x18(%rbp),%rax//取出b的地址到rax中
<+41>:	mov    -0x4(%rbp),%edx//edx = tmp
<+44>:	mov    %edx,(%rax) //b = edx，即b = tmp

二.函数通过引用传参

2.1 示例代码

#include <iostream>

using namespace std;

void swap(int &x,int &y)//引用传参 
{
	int tmp;
	tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}

int main(int argc, char** argv) 
{
	int a = 20;
	int b = 30;
	
	swap(a,b);//引用传参 
	
	return 0;
}

2.2 汇编代码

2.2.1 main函数汇编代码

<+0>:	push   %rbp
<+1>:	mov    %rsp,%rbp
<+4>:	sub    $0x30,%rsp
<+8>:	mov    %ecx,0x10(%rbp)
<+11>:	mov    %rdx,0x18(%rbp)
<+15>:	callq  0x40e780 <__main>
<+20>:	movl   $0x14,-0x4(%rbp)//栈中偏移4的空间初始化为20，即int a = 20
<+27>:	movl   $0x1e,-0x8(%rbp)//栈中偏移8的空间初始化为30，即int b = 30
<+34>:	lea    -0x8(%rbp),%rdx//取b的地址传给rdx
<+38>:	lea    -0x4(%rbp),%rax//取a的地址传给rax
<+42>:	mov    %rax,%rcx //rax的值传给rcx，即a的地址保存到rcx中
<+45>:	callq  0x401530 <swap(int&, int&)>//引用传参的函数
<+50>:	mov    $0x0,%eax
<+55>:	add    $0x30,%rsp
<+59>:	pop    %rbp
<+60>:	retq

        由上图可知：

（1）main函数在栈中开辟了两个4字节空间，分别分配给a和b，并且分别初始化为20和30

<+20>:	movl   $0x14,-0x4(%rbp)//栈中偏移4的空间初始化为20，即int a = 20
<+27>:	movl   $0x1e,-0x8(%rbp)//栈中偏移8的空间初始化为30，即int b = 30

（2）准备传给swap函数的参数

<+34>:	lea    -0x8(%rbp),%rdx//取b的地址传给rdx
<+38>:	lea    -0x4(%rbp),%rax//取a的地址传给rax
<+42>:	mov    %rax,%rcx //rax的值传给rcx，即a的地址保存到rcx中
<+45>:	callq  0x401530 <swap(int&, int&)>//引用传参的函数

        swap函数的参数分别保存在rcx和rdx中，且是参数地址。

2.2.2 swap函数汇编代码

<+0>:	push   %rbp
<+1>:	mov    %rsp,%rbp
<+4>:	sub    $0x10,%rsp
<+8>:	mov    %rcx,0x10(%rbp)//a的地址保存到栈中(对应形参x)
<+12>:	mov    %rdx,0x18(%rbp)//b的地址保存到栈中(对应形参y)
<+16>:	mov    0x10(%rbp),%rax//取出a的地址到rax中
<+20>:	mov    (%rax),%eax//a的值赋给eax（4字节）
<+22>:	mov    %eax,-0x4(%rbp)//eax的值赋给栈偏移为4的变量tmp中，即tmp = a
<+25>:	mov    0x18(%rbp),%rax//取出b的地址到rax中
<+29>:	mov    (%rax),%edx//b的值赋给edx（4字节）
<+31>:	mov    0x10(%rbp),%rax//取出a的地址到rax中
<+35>:	mov    %edx,(%rax)//eax的值赋给a，即a = b
<+37>:	mov    0x18(%rbp),%rax//取出b的地址到rax中
<+41>:	mov    -0x4(%rbp),%edx//edx = tmp
<+44>:	mov    %edx,(%rax) //b = edx，即b = tmp
<+46>:	add    $0x10,%rsp
<+50>:	pop    %rbp
<+51>:	retq

 由上图可知：

（1）swap函数接收了a和b变量的地址

<+8>:	mov    %rcx,0x10(%rbp)//a的地址保存到栈中(对应形参x)
<+12>:	mov    %rdx,0x18(%rbp)//b的地址保存到栈中(对应形参y)

（2）直接交换a、b空间的值

<+16>:	mov    0x10(%rbp),%rax//取出a的地址到rax中
<+20>:	mov    (%rax),%eax//a的值赋给eax（4字节）
<+22>:	mov    %eax,-0x4(%rbp)//eax的值赋给栈偏移为4的变量tmp中，即tmp = a
<+25>:	mov    0x18(%rbp),%rax//取出b的地址到rax中
<+29>:	mov    (%rax),%edx//b的值赋给edx（4字节）
<+31>:	mov    0x10(%rbp),%rax//取出a的地址到rax中
<+35>:	mov    %edx,(%rax)//eax的值赋给a，即a = b
<+37>:	mov    0x18(%rbp),%rax//取出b的地址到rax中
<+41>:	mov    -0x4(%rbp),%edx//edx = tmp
<+44>:	mov    %edx,(%rax) //b = edx，即b = tmp

三.汇编对比

3.1 main函数对比

        如下图所示。除了swap函数的形式不同，其他完全一样。

579bc67d781b4e7fad95a3e767616c9a.png

 

3.2 swap函数对比

        如下图所示。它们的代码完全一样。

6e5782191b8e4a428cf4eeb31c8514a4.png

四.结论

（1）引用传参和指针传参的汇编实现是一样的。

（2）引用也是传递变量指针给swap函数。

（3）引用只是C++语言的语法糖，它本质上还是指针。

 

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