探索c++的底層機(jī)制
在看這篇文章之前，請(qǐng)你先要明白一點(diǎn)：那就是c++為我們所提供的各種存取控制僅僅是在編譯階段給我們的限制，也就是說(shuō)是編譯器確保了你在完成任務(wù)之前的正確行為，如果你的行為不正確，那么你休想構(gòu)造出任何可執(zhí)行程序來(lái)。但如果真正到了產(chǎn)生可執(zhí)行代碼階段，無(wú)論是c，c++,還是pascal，大家都一樣，你認(rèn)為c和c++編譯器產(chǎn)生的機(jī)器代碼會(huì)有所不同嗎，你認(rèn)為c++產(chǎn)生的機(jī)器代碼會(huì)有訪問(wèn)限制嗎？那么你錯(cuò)了。什么const，private，統(tǒng)統(tǒng)沒(méi)有（const變量或許會(huì)放入只讀數(shù)據(jù)段），它不會(huì)再給你任何的限制，你可以利用一切內(nèi)存修改工具或者是自己寫(xiě)一個(gè)程序?qū)δ骋贿M(jìn)程空間的某一變量進(jìn)行修改，不管它在你的印象中是private，還是public，對(duì)于此時(shí)的你來(lái)說(shuō)都一樣，想怎樣便怎樣。另外，你也不要為c++所提供的什么晚期捆綁等機(jī)制大呼神奇，它也僅僅是在所產(chǎn)生的代碼中多加了幾條而已，它遠(yuǎn)沒(méi)有你想象的那么智能，所有的工作都是編譯器幫你完成，真正到了執(zhí)行的時(shí)候，計(jì)算機(jī)會(huì)完全按照編譯器產(chǎn)生的代碼一絲不茍的執(zhí)行。你明白我在說(shuō)什么嗎？對(duì)了，如果你從前接觸過(guò)匯編，只要你反匯編一段c++代碼，你就會(huì)說(shuō)：原來(lái)是這么回事呀，c++只不過(guò)是把我們的問(wèn)題進(jìn)行了更高層次的抽象，但只要你解開(kāi)面紗，回到問(wèn)題的本源，一切都將變得不再神秘……
（以下的反匯編代碼均來(lái)自visial c++ 7.0）
一．讓我們從變量開(kāi)始-----并非你想象的那么簡(jiǎn)單
變量是什么，變量就是一個(gè)在程序執(zhí)行過(guò)程中可以改變的量。換一個(gè)角度，變量是一塊內(nèi)存區(qū)域的名字，它就代表這塊內(nèi)存區(qū)域，當(dāng)我們對(duì)變量進(jìn)行修改的時(shí)候，會(huì)引起內(nèi)存區(qū)域中內(nèi)容的改變。但是你若是學(xué)習(xí)過(guò)匯編或是計(jì)算機(jī)組成原理，那么你就會(huì)清楚對(duì)于一塊內(nèi)存區(qū)域來(lái)說(shuō)，根本就不存在什么名字，它所僅有的標(biāo)志就是他的地址，因此我們?nèi)粝胄薷囊粔K內(nèi)存區(qū)域的內(nèi)容，只有知道他的地址方能實(shí)現(xiàn)?？磥?lái)所謂的變量一說(shuō)只不過(guò)是編譯器給我們進(jìn)行的一種抽象，讓我們不必去了解更多的細(xì)節(jié)，降低我們的思維跨度而已。例如下面這條語(yǔ)句：
int a=10;
按照我們的思維習(xí)慣來(lái)講，就是“存在一個(gè)變量a，它的值是10”，一切都顯得那么的自然。我們不必去在乎什么所謂的地址以及其他的一些細(xì)節(jié)。然而在這條語(yǔ)句的底層實(shí)現(xiàn)中，a已經(jīng)不能算是一個(gè)變量了，它僅僅是一個(gè)標(biāo)記，代表一個(gè)地址的標(biāo)記：
mov dword ptr[a],0Ah;
怎么樣，這條語(yǔ)句不像上面那條易于接受吧，因?yàn)樗枰私飧嗟募?xì)節(jié)，你幾乎不能得到編譯器的任何幫助，一切思維上的跨越必須由你自己完成。這條語(yǔ)句應(yīng)該解釋為“把10寫(xiě)入以a為地址的內(nèi)存區(qū)域”。你說(shuō)什么？a有些像指針？對(duì)，的確像，但還不是，只不過(guò)他們的過(guò)程似乎是類(lèi)似的。這里所說(shuō)的跨越實(shí)際上就是從一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題到具體地址以及內(nèi)存區(qū)域的跨越。
二．引用：你可以擁有引用，但編譯器僅擁有指針（地址）
看過(guò)了第一條，你一定對(duì)編譯器的工作有了一定的了解，實(shí)際上編譯器就是程序員與底層之間的一個(gè)轉(zhuǎn)換層，它把一個(gè)高級(jí)語(yǔ)言代碼轉(zhuǎn)換為低級(jí)語(yǔ)言代碼，一個(gè)編譯器完成的轉(zhuǎn)換跨度越大，那么它也就會(huì)越復(fù)雜，因?yàn)槌绦騿T的工作都由他代為完成了。C++編譯器必然比匯編編譯器復(fù)雜就是這個(gè)道理。如果我問(wèn)你引用和指針是一樣的嗎？你或許會(huì)說(shuō)當(dāng)然不一樣了，指針容易產(chǎn)生不安全的因素，引用卻不會(huì)，真的不會(huì)嗎？我們來(lái)看下面這段代碼：
int *e=new int(10);
int &f=*e;
delete e;
f=30;
你認(rèn)為上面這段代碼怎么樣，我感覺(jué)就不很安全，它和指針有相同的隱患。因?yàn)樗玫膬?nèi)存區(qū)域就不合法。
我個(gè)人認(rèn)為，所謂的引用其實(shí)就是一種指針，只不過(guò)二者的接口并不相同，引用的接口有一定的限制。指針可以一對(duì)多，而引用卻只能一對(duì)一，即&refer不能被改變，但卻并不能說(shuō)一對(duì)一就是安全的，只不過(guò)危險(xiǎn)的系數(shù)降低罷了。引用比指針更容易控制。
Ok,下面來(lái)說(shuō)說(shuō)指針，曾經(jīng)有過(guò)匯編經(jīng)驗(yàn)的人一定會(huì)說(shuō)，恩，指針的某些地方有些像匯編，尤其是那個(gè)“*”，怎么就那么像匯編中的“[]”啊。呵呵，的確，它也涵蓋了一個(gè)尋址的過(guò)程?？磥?lái)指針的確是個(gè)比較低級(jí)的東西。然而引用卻并不那么直接，雖然程序員用起來(lái)方便安全了許多。但是你要清楚，只有你可以擁有引用，編譯器可沒(méi)有這個(gè)工具，計(jì)算機(jī)并不認(rèn)識(shí)這個(gè)東西。因此，它的底層機(jī)制實(shí)際上是和指針一樣的。不要相信只有一塊內(nèi)存拷貝，不要認(rèn)為引用可以為你節(jié)省一個(gè)指針的空間，因?yàn)檫@一切不會(huì)發(fā)生，編譯器還是會(huì)把引用解釋為指針。不管你相不相信，請(qǐng)看下面這段代碼：
int& b=a;
lea eax,[a];
mov dword ptr[b],eax;把a的地址賦給地址為b的一塊內(nèi)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;
以上的代碼均來(lái)自具體的編譯器，怎么樣，相信了吧，好，讓我再來(lái)做一個(gè)或許不怎么恰當(dāng)?shù)谋葦M，你一定編過(guò)有關(guān)線(xiàn)性表和棧的程序吧，線(xiàn)性表是一個(gè)非常靈活的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在他上面有許多的操作，然而棧呢，它是一個(gè)限制性操作的線(xiàn)性表，它的底層操作實(shí)際上是由線(xiàn)性表操作實(shí)現(xiàn)的。就好比stack與vector的關(guān)系，因此指針和引用的關(guān)系就好比線(xiàn)性表和棧的關(guān)系，引用也就是受限的指針，它對(duì)外的接口和指針雖然并不一樣，但底層是相同的。
下面再來(lái)看看引用的一個(gè)重要用途，作為函數(shù)的參數(shù)傳遞的時(shí)候是怎樣的情形：
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的地址壓入堆棧
lea ecx,[b];
push ecx;
call swapr;
swapr(&a, &b);
lea eax,[a];
push eax;
lea ecx,[b];
push ecx;
call swapr;
怎么樣，用引用和指針傳遞參數(shù)無(wú)論是在效率上還是在空間上都是完全一樣的，如果妄想不傳入地址就修改實(shí)參的值，簡(jiǎn)直就是天方夜譚，這就說(shuō)明引用的本質(zhì)就是指針。畢竟它們的行為都太相似了，如果不是這樣，你還有什么方法去實(shí)現(xiàn)引用嗎？記住，引用只不過(guò)是編譯器為你提供的一個(gè)有用且安全的工具，對(duì)于機(jī)器代碼可無(wú)法表示它，它把指針一對(duì)多的缺點(diǎn)去除，禁止了你的不安全的操作。但回到問(wèn)題的本源，他們沒(méi)有任何區(qū)別。
Ok，現(xiàn)在關(guān)于引用我想說(shuō)的就這些，不知道你有什么看法呢，這篇文章中一定存在著許多錯(cuò)誤以及誤解，我希望你能指正，
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