Python descriptor details

Chapter 2-3: Compound Types

Compound types is a type that is defined in terms of another type.

复合类型指的是根据另一种类型定义的数据类型，C++中最常见的两种就是引用（reference）和指针（pointer）。注意一般情况下我们说的reference，都是lvalue reference。

1. Reference

A Reference defines an alternative name for an object. A reference is an Alias.

引用定义了一个object的别名。可以将引用看作是这个object。一个reference不是一个object，一个reference只是另一个已经存在的object的别名，因此引用不需要内存（这里存疑），也没有内存地址。当我们定义一个引用的时候，并不是将intializer的值copy给变量，而是将引用绑定（bind）到initializer。引用的定义示例如下，注意一个常见的declaration具有如下格式：base type + declarator + identifier = initializer;

int i = 1024, j = 2048;
int &ri = i;  //ri refers to i, a declaration includes:
// base type(int) declarator(&) identifier(ri) = initializer(i)
&ri = j // error: a reference cannot be rebind a different object
int &ri2; // error: a reference must be initialized
int &ri3 = NULL; // error: a reference cannot be NULL
double &ri4 = i; // error: a reference type must mactch exactly
int &ri5 = 10; // error: a reference must be initialized to an object
int &ri6 = ri // ok, ri4 refers to the i(ri is bound);
int &ri7 = i, &ri6 = j; // ok, two references need two declarator respectively

注意引用不能为空这个说法比较模糊，准确地说应该是引用不能bind to空指针指向的值（会造成undefined行为），但是引用可以bind to空指针，详情here。另外，在定义引用的过程中不会用到address-of操作，即&不会出现在右值上。

2. Pointer

A pointer holds the address of another object.

可直接点击标题查看pointer的详细说明。这里有一个编程建议就是对于指针：Initialize all pointers。

3. Compound Type Declarations

在一个变量的声明中往往会有一个base type加上一列declarators，每一个变量都可以使用自己的declarator来决定这个变量是什么类型（指针或引用）。这里有一个coding建议就是：

int* p; // ok, a pointer p
int* p1, p2; // ok, p1 is a pointer and p2 is int
int *p1, p2; // ok, p1 is a pointer and p2 is int

如上述例子，int* p1, p2是很容易造成误解的一种写法，这会让人觉得所有的identifier（p1 和 p2）都是被declarator修饰，然而实际上只有第一个identifier（p1）被declarator修饰，所以第二个identifier（p2）是int类型而不是指针。所以， 推荐使用下面那种定义方式，即将declarator和identifier放在一块。每个identifier都有自己的declarator。

另外，我们有指针的指针（a pointer to a pointer），有指针引用（reference to pointer），但是没有引用指针（pointer to reference）。因为a reference is not an object，在内存中没有地址，所以指针不能指向一个引用。下面是一个指针引用的例子：

int *p;
int *&r = p; // r is a reference to a pointer(the pointer = p)

注意这里是从右往左读，而不是像我们习惯性地读作：&*r a reference（&）to a pointer（*r）。具体解读如图：

4. Pointer vs. Reference

1. 从语言层面上看，引用可以看作是const指针，即引用必须初始化，且不能初始化为0（NULL），且引用初始化bind过后就不能再rebind到另一个不同的object上。对引用的操作都可以看做是对绑定对象的操作。

2. 从内存分配上看，指针是一个真实的object，系统需要为其分配内存来存储它。但是引用是一个object的别名，从理论上说引用 并不需要分配内存。但是，在当前很多编译器对于引用的implementation，都是通过指针来实现引用。所以引用到底需不需要分配内存，取决于编译器（或者说取决于引用 如何实现），因为C++标准并没有规定引用如何实现。在我自己64位的MAC上测试，使用icc编译器：

   struct test{
     int &r;
   }
   cout<<sizeof(int &)<<endl; // 4
   cout<<sizeof(test)<<endl; // 8
   

   在64位机器上sizeof(int) == 4，所以sizeof(int &) == 4，因为sizeof（引用类型）得到的结果是引用类型的大小。但是sizeof(test)得到的结果却是8，这说明test里面是一个指针的偏移量。也就是说，在我的icc编译器上引用是通过指针来实现的，所以也要给它分配内存空间，here。

3. 从编译上看，在编译时会分别将指针和引用都添加到符号表上，符号表上记录的是变量名和对应的地址。指针变量在符号表上的地址值为指针变量的地址值，但是引用变量在符号表上的地址值为所引用对象的地址值。

4. 实际使用上，引用因为其const的属性，所以不会为NULL，所以作为函数形参的时候也不需要进行空值检查，所以相对会更方便安全。

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