理解C++中引用的底層實現

1、C++ Primer提到：引用並非對象，相反的，它只是爲一個已經存在的對象所起的另外一個名字。

引用的定義必須伴隨初始化，而且一旦定義了引用，就無法令其再綁定到另外的對象，之後每次使用這個引用都是訪問它最初綁定的那個對象。

2、何爲對象？
對於面向對象來說，對象就是類的實例，是抽象化的數據本身。
更廣義的來說，一個int型變量可以是對象，一個指針也可以是對象，但一個引用卻又不是對象。可以理解：在語言層面上，佔用內存的變量都可以稱之爲對象。

3、引用佔內存嗎？
在語言層面上：不佔內存！
不信看下面的簡單程序：

void function()
{
    int x = 0;
    int& r = x;
    int* p1 = &x;
    int* p2 = &r;
    std::cout << p1 << std::endl;
    std::cout << p1 << std::endl;
    return 0;
}

輸出：
0x7ffcb64d705c
0x7ffcb64d705c

4、窺視底層呢？
再來看一段代碼：

int function() {
    int x = 0;
    int* ptr = &x;
    int& r = x;
    r = 1;
    return r;
}

彙編代碼：

  pushq %rbp
  movq %rsp, %rbp           //拷貝棧指針
  movl $0, -20(%rbp)        //int x = 0
  leaq -20(%rbp), %rax       
  movq %rax, -8(%rbp)       //int* ptr = &x
  leaq -20(%rbp), %rax
  movq %rax, -16(%rbp)      //int& r = x
  movq -16(%rbp), %rax
  movl $1, (%rax)           //r = 1
  movq -16(%rbp), %rax
  movl (%rax), %eax         
  popq %rbp
  ret                       //return r

movl $0, -20(%rbp) 

首先在棧的%rbp-20的地方分配了一個4字節的空間儲存變量x=0； 

  leaq -20(%rbp), %rax 

  movq %rax, -8(%rbp) 

把x的地址保存到%rbp-8的棧空間處，int* ptr = &x; 

  leaq -20(%rbp), %rax 

  movq %rax, -16(%rbp) 

把x的地址保存到%rbp-16的棧空間處， int& r = x; 

  movq -16(%rbp), %rax 

  movl $1, (%rax) 

將%rbp-16棧空間處的值改寫成1， r = 1; 

  movq -16(%rbp), %rax 

  movl (%rax), %eax 

  popq %rbp 

  ret 

將%rbp-16棧空間處的值返回， return r;

思路很清晰了。創建指針和創建引用的彙編代碼幾乎完全一樣，在棧上分配空間，保存變量x的地址，所有對引用變量r的操作實際都是通過這個地址在操作x。
和指針有區別嗎？沒有。
佔用內存嗎？從底層來看，確實佔用了內存。

5、小結
本質上，引用和指針沒有區別。只不過在語言層面上，C++設計者將通過指針來操作引用的實現細節隱藏了。不過，我們依然可以肯定：
（1）定義一個引用就是定義一個指針，這個指針保存引用對象的地址，且指針類型爲const，不可以再指向其他對象；
（2）每次對引用變量的使用，實際都伴隨着解引用，知識我們看不到符號*；