探索C++的底层机制

在看这篇文章之前,请你先要明白一点:那就是c++为我们所提供的各种存取控制仅仅是在编译阶段给我们的限制,也就是说是编译器确保了你在完成任务之前的正确行为,如果你的行为不正确,那么你休想构造出任何可执行程序来。但如果真正到了产生可执行代码阶段,无论是c,c++,还是pascal,大家都一样,你认为c和c++编译器产生的机器代码会有所不同吗,你认为c++产生的机器代码会有访问限制吗?那么你错了。什么const,private,统统没有(const变量或许会放入只读数据段),它不会再给你任何的限制,你可以利用一切内存修改工具或者是自己写一个程序对某一进程空间的某一变量进行修改,不管它在你的印象中是private,还是public,对于此时的你来说都一样,想怎样便怎样。另外,你也不要为c++所提供的什么晚期捆绑等机制大呼神奇,它也仅仅是在所产生的代码中多加了几条而已,它远没有你想象的那么智能,所有的工作都是编译器帮你完成,真正到了执行的时候,计算机会完全按照编译器产生的代码一丝不苟的执行。你明白我在说什么吗?对了,如果你从前接触过汇编,只要你反汇编一段c++代码,你就会说:原来是这么回事呀,c++只不过是把我们的问题进行了更高层次的抽象,但只要你解开面纱,回到问题的本源,一切都将变得不再神秘……

(以下的反汇编代码均来自visial c++ 7.0)
一.让我们从变量开始-----并非你想象的那么简单
变量是什么,变量就是一个在程序执行过程中可以改变的量。换一个角度,变量是一块内存区域的名字,它就代表这块内存区域,当我们对变量进行修改的时候,会引起内存区域中内容的改变。但是你若是学习过汇编或是计算机组成原理,那么你就会清楚对于一块内存区域来说,根本就不存在什么名字,它所仅有的标志就是他的地址,因此我们若想修改一块内存区域的内容,只有知道他的地址方能实现。看来所谓的变量一说只不过是编译器给我们进行的一种抽象,让我们不必去了解更多的细节,降低我们的思维跨度而已。例如下面这条语句:
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。如果我问你引用和指针是一样的吗?你或许会说当然不一样了,指针容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。引用比指针更容易控制。
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。呵呵,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,计算机并不认识这个东西。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,如果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。毕竟它们的行为都太相似了,如果不是这样,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。

Ok,现在关于引用我想说的就这些,不知道你有什么看法呢,这篇文章中一定存在着许多错误以及误解,我希望你能指正,

参考
http://blog.csdn.net/delphicodehome/article/details/500847
--------------------------------------------------------------------------------
我也看过指针与引用的汇编代码,它们的底层实现是一样的。指针和引用仅仅是编译器考虑的范畴。

探索C++的底层机制的更多相关文章

  1. [转]STL 容器一些底层机制

    1.vector 容器 vector 的数据安排以及操作方式,与 array 非常相似.两者的唯一区别在于空间的运用的灵活性.array 是静态空间,一旦配置了就不能改变,vector 是动态数组.在 ...

  2. C++ STL容器底层机制

    1.vector容器 vector的数据安排以及操作方式,与array非常相似.两者的唯一区别在于空间的运用的灵活性.array是静态空间,一旦配置了就不能改变.vector是动态空间,随着元素的加入 ...

  3. tensorflow入门教程和底层机制简单解说——本质就是图计算,自动寻找依赖,想想spark机制就明白了

    简介 本章的目的是让你了解和运行 TensorFlow! 在开始之前, 让我们先看一段使用 Python API 撰写的 TensorFlow 示例代码, 让你对将要学习的内容有初步的印象. 这段很短 ...

  4. 20191031:Python底层机制

    20191031:Python底层机制 python底层从3个方面来说,分别是: 引用计数机制 垃圾回收机制 内存池机制 引用计数机制 使用引用计数来追踪内存中的对象,所有对象都有引用计数,并且这个引 ...

  5. php-浅谈php底层机制

    php-浅谈php底层机制 1. PHP的设计理念及特点 多进程模型:由于PHP是多进程模型,不同请求间互不干涉,这样保证了一个请求挂掉不会对全盘服务造成影响,当然,随着时代发展,PHP也早已支持多线 ...

  6. 探索Android该Parcel机制(上)

    一.先从Serialize说起 我们都知道JAVA中的Serialize机制,译成串行化.序列化……,其作用是能将数据对象存入字节流其中,在须要时又一次生成对象. 主要应用是利用外部存储设备保存对象状 ...

  7. 探索Android该Parcel机制上

    一.先从Serialize说起 我们都知道JAVA中的Serialize机制.译成串行化.序列化……,其作用是能将数据对象存入字节流其中,在须要时又一次生成对象.主要应用是利用外部存储设备保存对象状态 ...

  8. ②NuPlayer播放框架之ALooper-AHandler-AMessage底层机制分析

    [时间:2016-09] [状态:Open] [关键词:android,NuPlayer,开源播放器,播放框架,ALooper,AHandler,AMessage] 前文中提到过NuPlayer基于S ...

  9. Java 底层机制(JVM/堆/栈/方法区/GC/类加载)

    转载:https://www.jianshu.com/p/ae97b692614e?from=timeline JVM体系结构 JVM是一种解释执行class文件的规范技术.   JVM体系结构 我翻 ...

随机推荐

  1. 30分钟学会如何使用Shiro(转自:http://www.cnblogs.com/learnhow/p/5694876.html)

    本篇内容大多总结自张开涛的<跟我学Shiro>原文地址:http://jinnianshilongnian.iteye.com/blog/2018936 我并没有全部看完,只是选择了一部分 ...

  2. BZOJ 3168 [Heoi2013]钙铁锌硒维生素 ——矩阵乘法 矩阵求逆

    考虑向量ai能否换成向量bj 首先ai都是线性无关的,然后可以a线性表出bj c1*a1+c2*a2+...=bj 然后移项,得 c1/ci*a1+...-1/ci*bj+...=ai 所以当ci不为 ...

  3. 刷题总结——过河(NOIP2015)

    题目: 题目背景 NOIP2005提高组试题2. 题目描述 在河上有一座独木桥,一只青蛙想沿着独木桥从河的一侧跳到另一侧.在桥上有一些石子,青蛙很讨厌踩在这些石子上.由于桥的长度和青蛙一次跳过的距离都 ...

  4. uva 11991 查询中容器的运用

    题目大意:一个n个整数的数组,m条查询指令.(1<=n,m<=100 000)每次询问第k个整数v的下标值,若不存在输出0. #include<iostream> #inclu ...

  5. 欧拉函数(codevs 4939)

    题目描述 Description 输入一个数n,输出小于n且与n互素的整数个数 输入描述 Input Description 包含多组数据,n=0时结束 测试数据组数不会很多,不必先打表后输出 输出描 ...

  6. 【Codeforces Round #506 (Div. 3) 】

    A:https://www.cnblogs.com/myx12345/p/9844334.html B:https://www.cnblogs.com/myx12345/p/9844368.html ...

  7. Mybatis resultMap空值映射问题

    参考博客:https://www.oschina.net/question/1032714_224673 http://stackoverflow.com/questions/22852383/how ...

  8. 另一篇xtion、kinect选择比较(openni下)

    小小Xtion开箱测评!!2012年03月12日 19:52:55 原文:http://page.renren.com/601107241/note/811764499 ASUS Xtion Pro ...

  9. Centos7 下安装 RabbitMQ

    安装 erlang 1.下载erlang 官网地址 http://www.erlang.org/download 挑选合适的版本 然后 wget 比如目前最新版本 19.3 运行命令 wget htt ...

  10. Python机器学习--降维

    主成分分析(PCA) 测试 # -*- coding: utf-8 -*- """ Created on Thu Aug 31 14:21:51 2017 @author ...