一.引言
函数的参数传递方式主要有传值和传指针。
1.传值
在函数域中为参数分配内存，而把实参的数值传递到新分配的内存中。它的优点是有效避免函数的副作用。
例如：
#include <iostream>
void swap_val(int x,int y)
{
int tmp;
tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main(int argc, char** argv)
{
int a = 20;
int b = 30;
swap_val(a,b);
return 0;
}2.传指针
这里有两种传递方式。
（1）指针传递
例如：
#include <iostream>
void swap_pointer(int *x,int *y)
{
int tmp;
tmp = *x;
*x = *y;
*y = tmp;
}
int main(int argc, char** argv)
{
int a = 20;
int b = 30;
swap_pointer(&a,&b);
return 0;
}（2）引用传递。
例如：
#include <iostream>
void swap_ref(int &x,int &y)
{
int tmp;
tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main(int argc, char** argv)
{
int a = 20;
int b = 30;
swap_ref(a,b);
return 0;
}这里将引用也归类为指针，是有依据的。下面详细分析、寻找引用的本质。
二.什么是引用？
引用（reference）是C++中一种新的导出型数据类型，它又称别名（alias）。
引用不是定义一个新的变量，而是给一个已经定义的变量重新起一个别名，也就是C++系统不为引用类型变量分配内存空间。引用主要用于函数之间的数据传递。
定义的格式为：
类型 &引用变量名 = 已定义过的变量名；例如：
int main(void)
{
int a;
int &b = a;
}三.指针传参和引用传参比较
引用本质上也是指针。
int val = 10;
int *a = &val;
int &b = val;对于上面代码，大家可能会有这样的疑惑：指针变量a保存了变量val的地址，而声明为引用类型的变量b也保存了val的地址，它们不是一样的吗？究竟区别在哪？引用又称为别名，别名又如何理解？
有这种疑惑，是因为我们的思维一直停留在高级语言的层面。要想彻底明白它们的区别，我们的思维要下沉到汇编语言层面。
3.1 调试分析
3.1.1 引用类型变量的大小
测试代码如下：
3.1.2 变量的地址
为了更好区别，调试代码中没有使用重载，而是在函数名上做了区分。
3.1.2.1 指针传参
代码如下：
#include <iostream>
using namespace std;
void swap_pointer(int *x,int *y)
{
int tmp;
tmp = *x;
*x = *y;
*y = tmp;
}
void swap_ref(int &x,int &y)
{
int tmp;
tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main(int argc, char** argv)
{
int a = 20;
int b = 30;
swap_pointer(&a,&b);
return 0;
}调试结果如下图所示。
左侧窗口中显示了实参a、b的地址和函数域内x、y的地址，由图可知，它们地址不同。
3.1.2.2 引用传参
代码如下：
#include <iostream>
using namespace std;
void swap_pointer(int *x,int *y)
{
int tmp;
tmp = *x;
*x = *y;
*y = tmp;
}
void swap_ref(int &x,int &y)
{
int tmp;
tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main(int argc, char** argv)
{
int a = 20;
int b = 30;
swap_ref(a,b);
return 0;
}调试结果如下图所示。
左侧窗口中显示了实参a、b的地址和函数域内x、y的地址，由图可知，它们地址相同。
3.1.2.3 结论
从地址来看，指针传参与引用传参的确有区别。从这一角度来看，引用的确就是已存在变量的别名。
但要注意，调试器显示的地址是C++语言级别的地址，即它是虚拟地址。即引用在C++开发人员看来，a和x、b和y使用的是同一个虚拟地址。
至此，可以回答以下两个问题。
1.为什么称引用为别名？
这是C++语言层面的概念。因为引用类型变量与被引用的对象使用同一个虚拟地址空间，所以称为别名。
2.为什么说C++系统不为引用类型变量分配内存空间？
这也是在C++语言层面的概念。与第1个问题一样，因为引用类型变量与被引用的对象使用同一个虚拟地址空间，不需要重新开辟空间。
但是，引用真的不用分配空间吗？下面继续分析。
3.1.3 汇编代码
3.1.3.1 指针传参
C++源码见3.1.2.1节。汇编代码如下。
0x0000000000401598 <+0>: push %rbp
0x0000000000401599 <+1>: mov %rsp,%rbp
0x000000000040159c <+4>: sub $0x30,%rsp
0x00000000004015a0 <+8>: mov %ecx,0x10(%rbp)
0x00000000004015a3 <+11>: mov %rdx,0x18(%rbp)
0x00000000004015a7 <+15>: callq 0x40e7b0 <__main>
0x00000000004015ac <+20>: movl $0x14,-0x4(%rbp)
0x00000000004015b3 <+27>: movl $0x1e,-0x8(%rbp)
0x00000000004015ba <+34>: lea -0x8(%rbp),%rdx
0x00000000004015be <+38>: lea -0x4(%rbp),%rax
0x00000000004015c2 <+42>: mov %rax,%rcx
0x00000000004015c5 <+45>: callq 0x401530 <swap_pointer(int*, int*)>
0x00000000004015ca <+50>: mov $0x0,%eax
0x00000000004015cf <+55>: add $0x30,%rsp
0x00000000004015d3 <+59>: pop %rbp
0x00000000004015d4 <+60>: retq
0x0000000000401530 <+0>: push %rbp
0x0000000000401531 <+1>: mov %rsp,%rbp
0x0000000000401534 <+4>: sub $0x10,%rsp
0x0000000000401538 <+8>: mov %rcx,0x10(%rbp)
0x000000000040153c <+12>: mov %rdx,0x18(%rbp)
0x0000000000401540 <+16>: mov 0x10(%rbp),%rax
0x0000000000401544 <+20>: mov (%rax),%eax
0x0000000000401546 <+22>: mov %eax,-0x4(%rbp)
0x0000000000401549 <+25>: mov 0x18(%rbp),%rax
0x000000000040154d <+29>: mov (%rax),%edx
0x000000000040154f <+31>: mov 0x10(%rbp),%rax
0x0000000000401553 <+35>: mov %edx,(%rax)
0x0000000000401555 <+37>: mov 0x18(%rbp),%rax
0x0000000000401559 <+41>: mov -0x4(%rbp),%edx
0x000000000040155c <+44>: mov %edx,(%rax)
0x000000000040155e <+46>: add $0x10,%rsp
0x0000000000401562 <+50>: pop %rbp
0x0000000000401563 <+51>: retq 3.1.3.2 引用传参
C++源码见3.1.2.2节。汇编代码如下。
0x0000000000401598 <+0>: push %rbp
0x0000000000401599 <+1>: mov %rsp,%rbp
0x000000000040159c <+4>: sub $0x30,%rsp
0x00000000004015a0 <+8>: mov %ecx,0x10(%rbp)
0x00000000004015a3 <+11>: mov %rdx,0x18(%rbp)
0x00000000004015a7 <+15>: callq 0x40e7b0 <__main>
0x00000000004015ac <+20>: movl $0x14,-0x4(%rbp)
0x00000000004015b3 <+27>: movl $0x1e,-0x8(%rbp)
0x00000000004015ba <+34>: lea -0x8(%rbp),%rdx
0x00000000004015be <+38>: lea -0x4(%rbp),%rax
0x00000000004015c2 <+42>: mov %rax,%rcx
0x00000000004015c5 <+45>: callq 0x401564 <swap_ref(int&, int&)>
0x00000000004015ca <+50>: mov $0x0,%eax
0x00000000004015cf <+55>: add $0x30,%rsp
0x00000000004015d3 <+59>: pop %rbp
0x00000000004015d4 <+60>: retq
0x0000000000401564 <+0>: push %rbp
0x0000000000401565 <+1>: mov %rsp,%rbp
0x0000000000401568 <+4>: sub $0x10,%rsp
0x000000000040156c <+8>: mov %rcx,0x10(%rbp)
0x0000000000401570 <+12>: mov %rdx,0x18(%rbp)
0x0000000000401574 <+16>: mov 0x10(%rbp),%rax
0x0000000000401578 <+20>: mov (%rax),%eax
0x000000000040157a <+22>: mov %eax,-0x4(%rbp)
0x000000000040157d <+25>: mov 0x18(%rbp),%rax
0x0000000000401581 <+29>: mov (%rax),%edx
0x0000000000401583 <+31>: mov 0x10(%rbp),%rax
0x0000000000401587 <+35>: mov %edx,(%rax)
0x0000000000401589 <+37>: mov 0x18(%rbp),%rax
0x000000000040158d <+41>: mov -0x4(%rbp),%edx
0x0000000000401590 <+44>: mov %edx,(%rax)
0x0000000000401592 <+46>: add $0x10,%rsp
0x0000000000401596 <+50>: pop %rbp
0x0000000000401597 <+51>: retq 3.1.3.3 汇编代码比较
我们使用Compare工具比较一下两者的汇编代码。如下图所示。
可以看到，它们的汇编代码实现方法是一样的。
3.1.3.4 结论
由汇编代码比较结果可知，指针传参和引用传参在汇编实现上是一样的。所以，引用本质上也是指针，它也要分配空间存储变量地址。
因为C++并没有规定汇编语言如何实现引用，它只是提出一个逻辑上的概念，具体实现不在C++语言本身。
四.引用的本质
引用本质上是对一个const类型指针的封装，如下：
int a = 10;
int &b = a;
等价于
int *const b = &a;引用有如下特点：
1.引用没有定义，是一种关系型声明。声明它和原有某一变量(实体)的关系。
2.引用的类型与原类型保持一致，且不分配内存。与被引用的变量有相同的地址。
3.声明的时候必须初始化，一经声明，不可变更。
4.可对引用，再次引用。多次引用的结果，是某一变量具有多个别名。总的来说，引用的特征要放在C++语言层面去理解，由编译器负责实现这些特征。不能将引用放在其对应的汇编实现里去理解，否则会产生困惑。
