c++ 函数返回引用问题

Question

源码如下：是在VS6上编译的。
#include <iostream>
using namespace std;

//int b=40; //当b为int和static int，f()=10后返回值不同
int &f()
{
int b=40;
return b;
}
//所谓返回引用是指返回一个已存在对象的引用，一定是已经存在的。返回值是一个引用。
int main()
{
int &e=f(); //此处是函数的执行，而非引用的引用。e是f()的别名，跟随f()变动
int e2=f(); //e2是引用函数的返回值，是一个引用。
cout<<"e's address = "<<&e<<"e's value="<<e<<endl;
cout<<"e2's address = "<<&e2<<"e2's value="<<e2<<endl;
cout<<"f()'s address = "<<&f()<<"f()'s value="<<f()<<endl;
f()=10;//此处是引用的指修改，即int b=5; int &a=b; a=6,此时a=6，b=6
cout<<"e's address = "<<&e<<"e's value="<<e<<endl;
cout<<"e2's address = "<<&e2<<"e2's value="<<e2<<endl;
cout<<"f()'s address = "<<&f()<<"f()'s value="<<f()<<endl;
return 0;
}

//b为auto类型，单步执行都是40，一次执行e第二次值为10，其余40
//b为static类型，单步执行为40,40,40,10,40,10，一次执行也是这样。

1、有人说引用绑定栈内存，引用绑定栈内存是什么意思？
2、为什么b为auto类型时，e单步执行和一次性执行结果不一样啊。主要是不明白怎么就产生这些值了。
3、为什么b为static类型时，e和f()的值为10，又是怎么回事，4、f()=10，这个到底是说函数的引用返回的值是10，或者就是简单赋值，赋值给谁呢？
还是说的什么呢，请多指教一下。非常感谢。

Answer 1

首先，永远不要返回局部变量的引用。因为局部变量在函数返回时被回收，即这个变量不存在了，所以以后对这个变量的引用都是无意义的，结果是不可预知的，程序很可能会崩溃。因此，也就不解释这种情形的结果了。

由于静态变量的声明周期直到程序结束，所以返回静态变量的引用是有意义的，而且安全的。下面解释返回静态变量的引用的情形：

#include <iostream>
using namespace std;

int& f(){
    static int b = 40;
    return b;
}

int main(){
    int& e = f();// e为b的别名
    int e2 = f();// e2为b的拷贝

    cout << "e's address = " << &e << "e's value=" << e << endl;
    cout << "e2's address = " << &e2 << "e2's value=" << e2 << endl;
    cout << "f()'s address = " << &f() << "f()'s value=" << f() << endl;
    // 因为e为b的别名，第一个和第三个输出一样

    f() = 10;// 修改b的值

    cout << "e's address = " << &e << "e's value=" << e << endl;
    cout << "e2's address = " << &e2 << "e2's value=" << e2 << endl;
    cout << "f()'s address = " << &f() << "f()'s value=" << f() << endl;
    // 因为e2为b的拷贝，不受影响

    return 0;
}

追问

请问f()=10为什么是修改b的值，f()我是把他理解为函数的返回值即return b语句吗？修改f()=10，等价于b=10吗？

追答

对的。

假设ff为f()的返回值，则ff的类型为int&，且ff = b，所以ff是b的别名。因为ff为f的返回值，所以f() = 10等价于ff = 10，故f() = 10等价于b = 10。

Answer 2

指的是你返回一个指向局部变量的引用，包括参数。

b是int类型，auto在c++中是一个废弃的关键字，不过在c++11中被重新启用，用来自动推导类型。e是一个引用类型，即可以想象成就是被引用的对象，所以当你取e的地址时，其实获得的是被引用的对象地址。由于你的e引用的是一个局部变量，也就是栈上的变量，因为栈的起始地址一般都会随机变化，所以你会得到不一样的结果。随机变化的原因是为了防止某些类型的攻击，提高程序安全性。

c++中不存在static类型一说，static是用来指示变量的生命周期类型，即静态生命周期。我想你是想说b是static int。当为static int时，程序启动时就会将b初始化为40，此时一直持续到程序结束，所以此时返回引用是合法，因为编译器保证，该变量生命周期会持续整个程序运行期间。

e2 = f();

这里返回引用，而e2不是引用，所以会进行拷贝初始化，所以e2和f()返回的引用是两个对象。e2为40。

f()=10;

这里由于返回引用，而引用指向static int b，所以会对b进行修改，于是b变为10。

e2是main的局部变量，e是引用，f()返回值是引用，此时e等价于f()。当取地址时，e2的地址将不会等于e的地址，因为他们是两个对象，两个对象的地址必然不同（除了一个类的子对象）。这里e2是局部变量，所以分配在栈上，而e，f()指向的是静态变量，所以分配在全局内存中。

追问

非常感谢你的回答，但只能采纳一个，楼上那位写个程序让我看明白了，因此采纳他的答案了，但你所补充的写的很好，非常感谢你。

追答

你可以顶一下你觉得有用的回答。

Answer 3

引用是绑定内存，意思是一个引用会锁定程序的地址空间中某一地址，地址是常量，只有该地址对应的内存单元的内容可以变化


这个问题上，先说明一个原则：函数不要返回一个临时变量的引用。因为临时变量在栈区，函数结束时它的地址空间要回收再用，所以接下来这个地址的内容变成不可控。对于auto b的情况，就触犯了这个原则，没有研究的意义。至于为什么单步执行和一次执行结果不一样，可能是VC在不同的调试模式下对地址空间的使用不一样吧。

b为static的时候，b处于程序的数据段，不在是栈区，因为b不是临时变量了，所以对b进行赋值后，它的状态会保留至函数结束。

f()=10是赋值，b是auto时，赋值给栈内存；b是static时，赋值给数据段内存。

追问

非常感谢您的回答，言简意赅，切中要害，再加上你所说的和上面回答的，我总是弄明白了，但只能采纳一个答案，就给第一个了，但是非常感谢你。