C++的引用类型的变量到底占不占用内存空间？

——by  karottc

分析一下 C++ 里面的引用类型（例如： int &r = a;  ）中的 r 变量是否占用内存空间呢？是否和  int *p = &a;  中的 p 变量一样占用内存空间呢？

本文将给出答案。

直接看一个简单的例子：

#include <iostream>

using namespace std;

int main(void)
{
    int a = ;
    int &r = a;
    int *p = &a;
    int x = r;
    return ;
}

接着我们通过  g++ testref.cpp -o testref -g  来编译之后，用gdb来加载它，看看 a, r, p, x 的地址分别是多少:

上图中 a 的地址为 0x7fffffffe208，用取地址符去获取 r 地址，值和 a 是一样的，其实，用 & 符号是不能获取到引用类型变量的地址的，因为引用类型的变量本身只是另一个对象的别名，用可感知的方式描述，就是它仅仅是一个名字而已，对它的任何操作都是相当于对另一个对象的操作，所以这个取地址操作也是一样。

但是，我们接着往下看，p 的地址是 0x7fffffffe218，和 a 的地址刚刚相差了 16 字节，接着看 x 的地址是0x7fffffffe20c，这个地址正好是 a的地址 0x7fffffffe208 + 4, 而 a 是 int 型，变量本身占用 4 字节，正常情况下， x 的地址应该是 p 的地址 0x7fffffffe218 + 8，这里 +8 是因为我的机器是 64 位的机器，所以指针类型占用 8 字节。现在这种情况应该是编译器做了优化，把 x 的放到了 a 的后面，同样的，x 的下一个变量的起始地址应该是 0x7fffffffe20c + 4 =0x7fffffffe210，这个地址和 p 之间刚好差了 8 个字节，也就是一个指针变量的地址，所以答案就很明显了。

即，我们现在可以猜测，r 是占用内存空间，并且占用的大小和指针变量相同大小。但是我们上面用gdb也看不了 r 的实际地址，所以这也只能是猜测，只是看似合理的猜测而已。

为了证明这个猜测，我们继续把可执行文件反汇编出来看看：objdump -d testref 得到的结果如下：

00000000004006cd <main>:
  4006cd:                         push   %rbp
  4006ce:     e5                mov    %rsp,%rbp
  4006d1:   c7  e8        movl   $0x6,-0x18(%rbp)   # int a = ; a的地址 0x18
  4006d8:    8d  e8             lea    -0x18(%rbp),%rax
  4006dc:      f0             mov    %rax,-0x10(%rbp)   # int &r = a; r的地址 0x10
  4006e0:    8d  e8             lea    -0x18(%rbp),%rax
  4006e4:      f8             mov    %rax,-0x8(%rbp)    # int *p = &a; p的地址 0x8
  4006e8:    8b  f0             mov    -0x10(%rbp),%rax  # 下面两行是为了后面的赋值做准备
  4006ec:   8b                    mov    (%rax),%eax
  4006ee:     ec                mov    %eax,-0x14(%rbp)   # int x = r;   x的地址 0x14
  4006f1:   b8              mov    $0x0,%eax
  4006f6:   5d                      pop    %rbp
  4006f7:   c3                      retq 

我把对应处，都写在上面的注释里了。

所以，现在可以得到结论：引用类型的变量会占用内存空间，占用的内存空间的大小和指针类型的大小是相同的。 从上面的汇编代码可以看出，虽然引用是一个对象的别名，但是在汇编层面，和指针是一样的。

【本文首发于：http://www.karottc.com/blog/2015/07/29/cpp-reference/】

2015.07.29