指令集如何区分值和引用

Question

让我们看看下面的代码：

int main ()
{
    int a = 5;
    int&b = a;

    cout << a << endl;  // 5 is displayed
    cout << b << endl;  // 5 is also displayed

    return 0;
}

这就是我在调试器中看到的行为。

int a = 5将在内存地址-0x14(%rbp)中指定值5。

int& b = a将在内存地址-0x8(%rbp)中指定值-0x14(%rbp)。

当我执行cout << a << endl时，将显示a(即-0x14(%rbp))地址中的值。

但是，当我执行cout << b << endl时，b(即-0x8(%rbp))地址中的值被确定为一个地址，然后显示该地址(-0x14(%rbp))的值。

这是std::cout调用的程序集：

20                  cout << a << endl;
0000000000401506:   mov -0xc(%rbp),%eax
0000000000401509:   mov %eax,%edx
000000000040150b:   lea 0x6f8c9c6e(%rip),%rcx        # 0x6fccb180 <libstdc++-6!_ZSt4cout>
0000000000401512:   callq 0x4015f8 <_ZNSolsEi>
0000000000401517:   lea 0xe2(%rip),%rdx        # 0x401600 <_ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_>
000000000040151e:   mov %rax,%rcx
0000000000401521:   callq 0x401608 <_ZNSolsEPFRSoS_E>
21                  cout << b << endl;
0000000000401526:   mov -0x8(%rbp),%rax
000000000040152a:   mov (%rax),%eax
000000000040152c:   mov %eax,%edx
000000000040152e:   lea 0x6f8c9c4b(%rip),%rcx        # 0x6fccb180 <libstdc++-6!_ZSt4cout>
0000000000401535:   callq 0x4015f8 <_ZNSolsEi>
000000000040153a:   lea 0xbf(%rip),%rdx        # 0x401600 <_ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_>
0000000000401541:   mov %rax,%rcx
0000000000401544:   callq 0x401608 <_ZNSolsEPFRSoS_E>
24                  return 0;

问题：

cout指令非常相似，a是如何与b区别对待的？

Answer 1

简而言之，事实并非如此。

CPU本身并不关心哪种类型存储在哪里，它只是执行编译器生成的指令。

编译器知道b是一个引用，而不是一个int。因此，它指示CPU将b视为指针。

如果您查看程序的汇编代码，您会发现访问a和b的指令是不同的：b的部分包含额外的指令

mov (%rax),%eax

这是取消引用的步骤。(在这个程序集表示法中，括号表示取消引用，所以这个指令意味着eax =*rax之类的东西)。

Answer 2

我想你绝对没有要求优化。尽管如此，我还是希望访问a和访问b可以生成完全相同的代码(至少在本例中是这样)。

关于编译器如何知道：a和b有不同的类型，所以编译器知道如何对它们执行不同的操作。该标准的设计使得将int&替换为int* const，然后在每次访问(初始化除外)上自动取消引用将导致一致的实现；看起来这就是编译器正在做的事情。