程序设计基石与实践系列之按值传递还是按引用

Posted 松子茶

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了程序设计基石与实践系列之按值传递还是按引用相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

从简单的例子开始.假设我们要交换两个整形变量的值,在C/C++中怎么做呢?我们来看多种方式,哪种能够做到.

void call_by_ref(int &p,int &q) { // 可以交换的例子
    int t = p;
    p = q;
    q = t;
}
 
void call_by_val_ptr(int * p,int * q) { // 不能交换的例子
    int * t = p;
    p = q;
    q = t;
}
 
void call_by_val(int p,int q){ // 不能交换的例子
    int t = p ;
    p = q;
    q = t;
}
因为例子非常简单,看代码即可知道只有call_by_ref这个方法可以成功交换。这里,你一定还知道一种可以交换的方式,别着急,慢慢来,我们先看看为什么只有call_by_ref可以交换。

call_by_ref

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void call_by_ref(int &p,int &q) {
    push   %rbp
    mov    %rsp,%rbp
    mov    %rdi,-0x18(%rbp)
    mov    %rsi,-0x20(%rbp)
     
//int t = p;
    mov    -0x18(%rbp),%rax
    
//关键点:rax中存放的是变量的实际地址,将地址处存放的值取出放到eax中
    mov    (%rax),%eax
    mov    %eax,-0x4(%rbp)
     
//p = q;
    mov    -0x20(%rbp),%rax
    
//关键点:rax中存放的是变量的实际地址,将地址处存放的值取出放到edx
    mov    (%rax),%edx
    mov    -0x18(%rbp),%rax
    mov    %edx,(%rax)
     
//q = t;
    mov    -0x20(%rbp),%rax
    mov    -0x4(%rbp),%edx
    
//关键点:rax存放的也是实际地址,同上.
    mov    %edx,(%rax)
}
上面这段汇编的逻辑非常简单,我们看到里面的关键点都在强调:将值存放在实际地址中.上面这句话虽然简单,但很重要,可以拆为两点:

1、要有实际地址.
2、要有将值存入实际地址的动作.

从上面的代码中,我们看到已经有“存值”这个动作,那么传入的是否实际地址呢?

// c代码
call_by_val_ptr(&a,&b);
 
// 对应的汇编代码
 
lea    -0x18(%rbp),%rdx
lea    -0x14(%rbp),%rax
mov    %rdx,%rsi
mov    %rax,%rdi
callq  4008c0 <_Z11call_by_refRiS_>

注意到,lea操作是取地址,那么就能确定这种“按引用传递“的方式,实际是传入了实参的实际地址。

那么,满足了上文的两个条件,就能交换成功。

call_by_val

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call_by_val的反汇编代码如下:

void call_by_val(int p,int q){
    push   %rbp
    mov    %rsp,%rbp
    mov    %edi,-0x14(%rbp)
    mov    %esi,-0x18(%rbp) 
    
//int t = p ;
    mov    -0x14(%rbp),%eax
    mov    %eax,-0x4(%rbp) 
    
//p = q;
    mov    -0x18(%rbp),%eax
    mov    %eax,-0x14(%rbp) 
    
//q = t;
    mov    -0x4(%rbp),%eax
    mov    %eax,-0x18(%rbp)
}
可以看到,上面的代码中在赋值时,仅仅是将某种”值“放入了寄存器,再观察下传参的代码:

call_by_val(a,b);
 
// 对应的汇编代码
mov    -0x18(%rbp),%edx
mov    -0x14(%rbp),%eax
mov    %edx,%esi
mov    %eax,%edi
callq  400912 <_Z11call_by_valii>

可以看出,仅仅是将变量a、b的值存入了寄存器,而非”地址“或者能找到其”地址“的东西。那么,因为不满足上文的两个条件,所以不能交换。

这里还有一点有趣的东西,也就是我们常听说的拷贝(Copy):当一个值,被放入寄存器或者堆栈中,其拥有了新的地址,那么这个值就和其原来的实际地址没有关系了,这种行为,是不是很像一种拷贝?

但实际上,在我看来,这是一个很误导的术语,因为上面的按引用传递的call_by_ref实际上也是拷贝一种值,它是个地址,而且是实际地址。

所以,应该记住的是那两个条件,在你还不能真正理解拷贝的意义之前最好不要用这个术语。

call_by_val_ptr

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这种方式,本来是可以完成交换的,因为我们可以用指针来指向实际地址,这样我们就满足了条件1:

要有实际地址。

别着急,我们先看下上文的实现中,为什么没有完成交换:

void call_by_val_ptr(int * p,int * q) {
    push   %rbp
    mov    %rsp,%rbp
    mov    %rdi,-0x18(%rbp)
    mov    %rsi,-0x20(%rbp)
    
//int * t = p;
    mov    -0x18(%rbp),%rax
    mov    %rax,-0x8(%rbp)
    
//p = q;
    mov    -0x20(%rbp),%rax
    mov    %rax,-0x18(%rbp)
    
//q = t;
    mov    -0x8(%rbp),%rax
    mov    %rax,-0x20(%rbp)
}
可以看到,上面的逻辑和call_by_val非常类似,也只是做了将值放到寄存器这件事,那么再看下传给它的参数:

call_by_val_ptr(&a,&b);
 
// 对应的汇编代码
lea    -0x18(%rbp),%rdx
lea    -0x14(%rbp),%rax
mov    %rdx,%rsi
mov    %rax,%rdi
callq  4008ec <_Z15call_by_val_ptrPiS_>

注意到,lea是取地址,所以这里实际也是将地址传进去了,但为什么没有完成交换?

因为不满足条件2:将值存入实际地址。

call_by_val_ptr中的交换,从汇编代码就能看出,只是交换了指针指向的地址,而没有通过将值存入这个地址而改变地址中的值








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