为什么对相同常量的引用在 C++ 中占用不同的内存空间？

Question

我是 C++ 中引用概念的新手，我有一个关于引用纯数字常量的内存分配的问题。 （我首先要检查的另一件事是我怀疑我经常遇到的 const reference 表示 reference to const，但我不确定。）

这是我的testing on ideone.com：

#include <stdio.h>

int main() {

    const int r0 = 123;
    const int &r1 = 123;
    const int &r2 = 123;
    const int &r3 = r2;

    printf("%p\n", (void *)&r0);
    printf("%p\n", (void *)&r1);
    printf("%p\n", (void *)&r2);
    printf("%p\n", (void *)&r3);

    return 0;
}

结果：

0x7ffee3bd74c4
0x7ffee3bd74c8
0x7ffee3bd74cc
0x7ffee3bd74cc

r2 与r3 相同的原因从answer - How does a C++ reference look, memory-wise? 中可以清楚地看出，它说这取决于编译器。但我在想为什么编译器不也使r0,r1,r2 都一样，因为它们都具有相同的纯常量值123。 （如果没有错误搜索，则称为prvalue）

作为说明：在此站点上进行了一些搜索后，我找到了一个最相关的question - but in python。虽然语言不同，但我认为这个想法应该是相同/相似的：从链接中，如果我的程序是用 python 编写的，那么内存空间中将只有一个 123 以节省空间。

我读过的其他一些答案：

1. C++ do references occupy memory：这个答案表明，如果有必要，那么 int &x 被实现为 *(pointer_to_x)。
2. How does a C++ reference look, memory-wise?：这个答案表明编译器会尽力节省空间。

Answer 1

三个声明语句：

const int &r1 = 123;
const int &r2 = 123;
const int &r3 = r2;

将初始化 3 个生命周期延长的临时对象，使其等于它们各自变量的范围。现在，有一条语言规则说：

任何两个具有重叠生命周期的对象（不是位域） 保证有不同的地址，除非其中一个是 另一个的子对象或为另一个提供存储，或者如果它们是 同一完整对象内的不同类型的子对象，以及一个 其中一个是零大小的基数。

由于引用绑定到 3 个不同的临时对象，因此您无法在重叠地址上观察这些对象。

有趣的是，As-if 规则可能允许程序在同一地址分配所有三个临时对象，但前提是您的编译器和链接器理论上可以证明您的程序永远无法观察到这些对象分配在同一地址.在您的示例中，这是不可行的，因为您打印了对象的地址。

Answer 2

文字不是对象。引用不指文字。使用字面量初始化引用时，会创建一个临时对象，并且临时对象的生命周期与引用的生命周期绑定。

对象（一个局部变量，两个临时对象）是独立且不同的对象，尽管具有相同的值。由于它们是独立的，因此它们占用不同的内存位置。标准规定了这一点，这使得根据对象的内存地址识别和区分对象成为可能。

Answer 3

您的123 不是“常数”。相反，它是一个文字。文字形成了一个纯右值的表达式（即用文字给定的值初始化的临时对象）。当您将该表达式绑定到引用时，该对象的生命周期会延长到引用的生命周期，但这里的重点是每个此类对象都是一个不同的对象，因此具有不同的地址。

如果您愿意，文本字符串“123”提供了如何创建对象的规则，但它本身并不是对象。您可以重写您的代码以使其更明确：

const int & r = int(123);   // temporary of type "int" and value "123"

（在 C++ 中没有单一的“常量”这样的东西。有很多东西以某种方式是常量，但它们都需要更详细的考虑。）