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C++ pointer和reference底层区别_C++汇编层面指针与引用实现分析

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2025-12-02 03:07:08

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来源于php中文网

原创

指针是独立变量,占用内存存储地址,可修改指向,汇编中体现为实际存储空间;引用是原变量别名,编译期绑定,通常无额外空间开销,操作直接作用于原地址,汇编中不生成独立存储指令。

c++ pointer和reference底层区别_c++汇编层面指针与引用实现分析

指针(pointer)和引用(reference)在C++中看似功能相似,都能间接访问变量,但它们在底层实现上有本质区别。通过汇编层面分析可以清晰看出两者的不同机制。

指针是独立的存储实体

指针本身是一个变量,它存储的是目标对象的内存地址。这个地址值可以被修改,也可以为空(nullptr)。从汇编角度看,指针会被分配实际的空间。

例如:

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int a = 10;
int* p = &a;
*p = 20;

对应的部分汇编代码(x86-64 GCC)可能如下:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

mov DWORD PTR [rbp-4], 10     ; a = 10
lea rax, [rbp-4]              ; 取a的地址
mov QWORD PTR [rbp-16], rax   ; p = &a,指针p占用8字节
mov rax, QWORD PTR [rbp-16]   ; 加载p的值(即a的地址)
mov DWORD PTR [rax], 20       ; *p = 20

可以看到,指针 p 被分配在 [rbp-16],它有自己的内存位置,存储的是地址数据。

引用是别名,不额外分配存储

引用在语义上是原变量的别名,编译器通常不会为引用分配独立的内存空间。它更像是一个“自动解引用的常量指针”。

例如:

int a = 10;
int& r = a;
r = 20;

对应的汇编代码可能是:

mov DWORD PTR [rbp-4], 10     ; a = 10
; 没有为r分配空间,r直接绑定到[rbp-4]
mov DWORD PTR [rbp-4], 20     ; r = 20,等同于 a = 20

这里没有出现额外的存储操作。所有对 r 的访问都被直接替换为对 a 的地址操作。引用在符号表中建立绑定关系,不生成实际的存储指令。

引用的本质:编译期绑定的常量指针

虽然引用在汇编中通常不体现为独立变量,但在某些情况下(如引用作为类成员或被取地址时),编译器可能为其分配空间。此时它的实现类似于:

int* const __r = &a;  // 编译器可能这样处理

这种“常量指针”一旦初始化就不能更改指向,且自动解引用,这正是引用的行为特征。

关键点:

  • 指针是运行时可变的地址容器,有自己的内存
  • 引用是编译期建立的别名机制,通常无额外开销
  • 对引用的操作在汇编层面直接作用于原变量地址
  • 指针需要显式解引用(*),引用解引用由编译器隐式完成

基本上就这些。指针和引用在高级语言层面差异明显,而汇编层面揭示了前者是真实变量、后者是语法糖的本质区别。

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