指針和引用在形式上很好區(qū)別，在C++中相比于指針我們更喜歡使用引用，但是它們的使用場(chǎng)景又極其類似，它們都能直接引用對(duì)象，對(duì)對(duì)象進(jìn)行處理，那么究竟為什么會(huì)引入引用?什么時(shí)候使用指針?什么時(shí)候使用引用?這兩者實(shí)在容易混淆，在此我詳細(xì)介紹一下指針和引用。
引用不是新定義一個(gè)變量，而是給已存在變量取了一個(gè)別名，編譯器不會(huì)為引用變量開(kāi)辟內(nèi)存空 間，它和它引用的變量共用同一塊內(nèi)存空間。
1.引用必須被初始化，但是不分配存儲(chǔ)空間。指針不聲明時(shí)初始化，在初始化的時(shí)候需要分配存儲(chǔ)空間。
2.引用初始化后不能被改變，指針可以改變所指的對(duì)象。
3.不存在指向空值的引用，但是存在指向空值的指針。
注意：引用作為函數(shù)參數(shù)時(shí)，會(huì)引發(fā)一定的問(wèn)題，因?yàn)樽屢米鲄?shù)，目的就是想改變這個(gè)引用所指向地址的內(nèi)容，而函數(shù)調(diào)用時(shí)傳入的是實(shí)參，看不出函數(shù)的參數(shù)是正常變量，還是引用，因此可能引發(fā)錯(cuò)誤。所以使用時(shí)一定要小心謹(jǐn)慎。
從概念上講。指針從本質(zhì)上講就是存放變量地址的一個(gè)變量，在邏輯上是獨(dú)立的，它可以被改變，包括其所指向的地址的改變和其指向的地址中所存放的數(shù)據(jù)的改變。
而引用是一個(gè)別名，它在邏輯上不是獨(dú)立的，它的存在具有依附性，所以引用必須在一開(kāi)始就被初始化，而且其引用的對(duì)象在其整個(gè)生命周期中是不能被改變的(自始至終只能依附于同一個(gè)變量)。
在C++中，指針和引用經(jīng)常用于函數(shù)的參數(shù)傳遞，然而，指針傳遞參數(shù)和引用傳遞參數(shù)是有本質(zhì)上的不同的：
指針傳遞參數(shù)本質(zhì)上是值傳遞的方式，它所傳遞的是一個(gè)地址值。值傳遞過(guò)程中，被調(diào)函數(shù)的形式參數(shù)作為被調(diào)函數(shù)的局部變量處理，即在棧中開(kāi)辟了內(nèi)存空間以存放由主調(diào)函數(shù)放進(jìn)來(lái)的 實(shí)參的值，從而成為了實(shí)參的一個(gè)副本。值傳遞的特點(diǎn)是被調(diào)函數(shù)對(duì)形式參數(shù)的任何操作都是作為局部變量進(jìn)行，不會(huì)影響主調(diào)函數(shù)的實(shí)參變量的值。而在引用傳遞過(guò)程中， 被調(diào)函數(shù)的形式參數(shù)雖然也作為局部變量在棧中開(kāi)辟了內(nèi)存空間，但是這時(shí)存放的是由主調(diào)函數(shù)放進(jìn)來(lái)的實(shí)參變量的地址。被調(diào)函數(shù)對(duì)形參的任何操作都被處理成間 接尋址，即通過(guò)棧中存放的地址訪問(wèn)主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量。正因?yàn)槿绱?，被調(diào)函數(shù)對(duì)形參做的任何操作都影響了主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量。引用傳遞和指針傳遞是 不同的，雖然它們都是在被調(diào)函數(shù)?？臻g上的一個(gè)局部變量，但是任何對(duì)于引用參數(shù)的處理都會(huì)通過(guò)一個(gè)間接尋址的方式操作到主調(diào)函數(shù)中的相關(guān)變量。而對(duì)于指針 傳遞的參數(shù)，如果改變被調(diào)函數(shù)中的指針地址，它將影響不到主調(diào)函數(shù)的相關(guān)變量。如果想通過(guò)指針參數(shù)傳遞來(lái)改變主調(diào)函數(shù)中的相關(guān)變量，那就得使用指向指針的 指針，或者指針引用。
為了進(jìn)一步加深大家對(duì)指針和引用的區(qū)別，下面我從編譯的角度來(lái)闡述它們之間的區(qū)別：
程序在編譯時(shí)分別將指 針和引用添加到符號(hào)表上，符號(hào)表上記錄的是變量名及變量所對(duì)應(yīng)地址。指針變量在符號(hào)表上對(duì)應(yīng)的地址值為指針變量的地址值，而引用在符號(hào)表上對(duì)應(yīng)的地址值為 引用對(duì)象的地址值。符號(hào)表生成后就不會(huì)再改，因此指針可以改變其指向的對(duì)象(指針變量中的值可以改)，而引用對(duì)象則不能修改。
指針和引用的定義
維基百科中這樣解釋
指針：
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，指針(英語(yǔ)：Pointer)，是編程語(yǔ)言中的一類數(shù)據(jù)類型及其對(duì)象或變量，用來(lái)表示或存儲(chǔ)一個(gè)存儲(chǔ)器地址，這個(gè)地址的值直接指向(points to)存在該地址的對(duì)象的值。
引用：
在C++編程語(yǔ)言中，引用是一種簡(jiǎn)單的引用數(shù)據(jù)類型，其功能不如從C繼承的指針類型，但更安全。C++引用的稱謂可能會(huì)引起混淆，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)科學(xué)中，引用是一種通用的概念數(shù)據(jù)類型，指針和C++引用是特定的引用數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)。
但說(shuō)了和沒(méi)說(shuō)差不多。下面用通俗易懂的話來(lái)給概述一下。
指針
對(duì)于一個(gè)類型T，T*就是指向T的指針類型，也就是說(shuō)T*類型的變量能夠保存一個(gè)T類型變量的地址。
int main()
{
int i = 1;
int* p = &i;
cout << "p = " << p << endl;
cout << "i = " << i << endl;
return 0;
}
引用
引用是一個(gè)對(duì)象的別名，主要用于函數(shù)參數(shù)和返回值類型，符號(hào)X&表示X類型的引用。見(jiàn)下圖，所示引用的含義：
指針和引用的區(qū)別首先，引用不可以為空，但指針可以為空。前面也說(shuō)過(guò)了引用是對(duì)象的別名，那么能初始化引用的前提一定是被引用的對(duì)象存在，引用為空——對(duì)象都不存在，怎么可能有別名!故定義一個(gè)引用的時(shí)候，必須初始化。如果你有一個(gè)變量是用于指向另一個(gè)對(duì)象，但是它可能為空，這時(shí)你應(yīng)該使用指針;如果變量總是指向一個(gè)對(duì)象，并且這個(gè)變量一定不為空，這時(shí)你應(yīng)該使用引用。如果定義一個(gè)引用變量，不初始化的話連編譯都通不過(guò)(編譯時(shí)錯(cuò)誤)：
int main()
{
int i = 10;
int* p;
int& r;
return 0;
}
報(bào)錯(cuò)：
“r”: 必須初始化引用
而聲明指針并不需要初始化操作，即它可以不指向任何對(duì)象，也正因如此，指針的安全性不如引用，在使用指針前一定要進(jìn)行判空操作;
引用初始化后就不能再改變指向，無(wú)論如何都只能指向初始化時(shí)引用的這個(gè)對(duì)象;但是指針就不同，指針是一個(gè)變量它可以任意改變自己的值，即任意改變指向，而指向其他對(duì)象?？偟膩?lái)說(shuō)，就是引用不可以改變指向，但是可以改變初始化對(duì)象的內(nèi)容，而指針即可以改變指向，又可以改變指向?qū)ο蟮膬?nèi)容;
例如：對(duì)指針和引用分別進(jìn)行++操作，對(duì)引用執(zhí)行此操作，作用對(duì)象會(huì)直接反應(yīng)到引用所指向的對(duì)象，而對(duì)于指針，執(zhí)行++操作作用于指針變量，會(huì)使指針指向下一個(gè)對(duì)象，而非改變指向?qū)ο蟮膬?nèi)容。
代碼如下：
int main()
{
int i = 10;
int* p = &i;
int& r = i;
cout << "i = " << i << endl;
cout << "p = " << p << endl;
cout << "r = " << r << endl;
r++;
cout << "r++ operation：" << endl;
cout << "i = " << i << endl;
cout << "p = " << p << endl;
cout << "r = " << r << endl;
p++;
cout << "p++ operation：" << endl;
cout << "i = " << i << endl;
cout << "p = " << p << endl;
cout << "r = " << r << endl;
return 0;
}
可以看到對(duì)r執(zhí)行++操作是直接反應(yīng)到所指向的對(duì)象身上，對(duì)引用r的改變并不會(huì)是引用r的指向改變，它仍然指向i，并且會(huì)改變i的值;而如果是指針，則改變的是指針的值而非指向的對(duì)象的值。也就是說(shuō)在引用初始化后對(duì)其的賦值等操作，都不會(huì)影響其指向，而是影響其指向的對(duì)象的內(nèi)容。
引用的的大小是其指向的對(duì)象的大小，因?yàn)橐脙H僅是一個(gè)別名;指針的大小與平臺(tái)有關(guān)，在32位平臺(tái)下指針大小為4個(gè)字節(jié);
int main()
{
int i = 10;
int* p = &i;
int& r = i;
cout << "sizeofo(p) = " << sizeof(p) << endl;
cout << "sizeofo(r) = " << sizeof(r) << endl;
return 0;
}
由于我是在64位下進(jìn)行程序編譯的，因此指針大小為8個(gè)字節(jié)，而引用的大小是一個(gè)int的大小;
最后，引用比指針更安全。由于不存在空引用，并且引用一旦被初始化為指向一個(gè)對(duì)象，它就不能被改變?yōu)榱硪粋€(gè)對(duì)象的引用，因此引用很安全。對(duì)于指針來(lái)說(shuō)，它可以隨時(shí)指向別的對(duì)象，并且可以不被初始化，或?yàn)镹ULL，所以不安全。const 指針雖然不能改變指向，但仍然存在空指針，并且有可能產(chǎn)生野指針(即多個(gè)指針指向一塊內(nèi)存，free掉一個(gè)指針之后，別的指針就成了野指針)。
引用在初始化過(guò)后，對(duì)引用的一切操作實(shí)際上是對(duì)它指向?qū)ο蟮膬?nèi)容的操作，而指針則是需要*操作符解引用后才能訪問(wèn)到被指向的對(duì)象，因此引用的使用也比指針更加的漂亮，更加直觀;在初始化時(shí)也不需要&操作來(lái)取得地址;
總而言之，言而總之——它們的這些差別都可以歸結(jié)為"指針指向一塊內(nèi)存，它的內(nèi)容是所指內(nèi)存的地址;而引用則是某塊內(nèi)存的別名，引用不改變指向。"
const修飾的引用和指針
之前我們就知道，對(duì)于指針而言const的位置可以決定其修飾的對(duì)象是誰(shuí);那么引用呢?
常量引用和常量指針
常量指針：指向常量的指針，在定義的語(yǔ)句類型前加上const，表示指向的對(duì)象是常量;
定義指向常量的指針只限制指針的間接訪問(wèn)操作，而不能規(guī)定指針指向的值本身的操作規(guī)定性。
int main()
{
int i = 10;
const int* p = &i;
*p = 20;
return 0;
}
報(bào)錯(cuò)：
“p”: 不能給常量賦值
常量指針定義"const int* p=&i"告訴編譯器，*p是常量，不能將*p作為左值進(jìn)行操作。
常量引用：指向常量的引用，在引用定義的語(yǔ)句的類型前加上const，表示指向的對(duì)象是常量。與指針一樣，不能對(duì)指向的對(duì)象的內(nèi)容進(jìn)行改變。
int main()
{
int i = 10;
const int& r = i;
r = 20;
return 0;
}
報(bào)錯(cuò)：
“r”: 不能給常量賦值
引用常量和指針常量
指針常量：指針中的常量;
在定義指針的語(yǔ)言中的變量名前加const，表示指針本身是一個(gè)常量，即指針的指向不可改變。在定義指針常量時(shí)必須進(jìn)行初始化，欸，這像極了引用，是的!
引用指向的對(duì)象不可改變是引用的與生俱來(lái)的性質(zhì)，因此不需要在引用的變量名前加上const。
int main()
{
int i = 10;
int j = 20;
int* const p = &i;
*p = 30;
p = &j;
return 0;
}
報(bào)錯(cuò)：
“p”: 不能給常量賦值
指針常量定義int* const p = &i告訴編譯器，p是常量，不能作為左值進(jìn)行賦值操作，但是允許對(duì)指向的對(duì)象進(jìn)行修改。
常量引用常量和常量指針常量
常量指針常量：指向常量的指針常量，定義一個(gè)指向常量的指針常量，它必須要在定義時(shí)初始化。
常量指針常量定義"const int* const p=&i"告訴編譯器，p和*p都是常量，他們都不能作為左值進(jìn)行操作。
那么對(duì)于引用呢?引用本身具有不能修改指向的性質(zhì)，因此引用的指向總是const的，所有的引用都是引用常量，即const不需要修飾引用名。程序決不能給引用本身重新賦值，使他指向另一個(gè)變量，因此引用總是const的。如果對(duì)引用應(yīng)用關(guān)鍵字const，其作用就是使其目標(biāo)稱為const變量。即沒(méi)有：Const double const& a=1;只有const double& a=1;
注意：實(shí)際上const double &a 和 double const &a是一樣的，都是定義了一個(gè)常量的引用。
技巧：有一個(gè)規(guī)則可以很好的區(qū)分const是修飾指針，還是修飾指針指向的數(shù)據(jù)——畫(huà)一條垂直穿過(guò)指針聲明的星號(hào)(*)，如果const出現(xiàn)在線的左邊，指針指向的數(shù)據(jù)為常量;如果const出現(xiàn)在右邊，指針本身為常量。而引用本身與天俱來(lái)就是常量，即不可以改變指向。
指針和引用的實(shí)現(xiàn)
實(shí)際上在底層實(shí)現(xiàn)上引用還是有空間的，因?yàn)橐帽举|(zhì)還是指針的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
int main()
{
int a = 9;
int& ra = a;
ra = 99;
int* pa = &a;
*pa = 99;
return 0;
}
int& ra = a;
00007FF7BFFC1854 lea rax,[a] //變量a的地址傳給rax寄存器中
00007FF7BFFC1858 mov qword ptr [ra],rax //將rax中的地址給ra
ra = 99;
00007FF7BFFC185C mov rax,qword ptr [ra]
00007FF7BFFC1860 mov dword ptr [rax],63h
int* pa = &a;
00007FF7BFFC1866 lea rax,[a] //變量a的地址傳給rax寄存器中
00007FF7BFFC186A mov qword ptr [pa],rax //將rax中的地址給pa
*pa = 99;
00007FF7BFFC186E mov rax,qword ptr [pa]
00007FF7BFFC1872 mov dword ptr [rax],63h
匯編指令大致都是相同的，也就是說(shuō)它和指針實(shí)際上是同根同源的。
雖然指針和引用最終在編譯中的實(shí)現(xiàn)是一樣的，但是引用的形式大大方便了使用也更安全。有人說(shuō)："引用只是一個(gè)別名，不會(huì)占內(nèi)存空間?"通過(guò)這個(gè)事實(shí)我們可以揭穿這個(gè)謊言，實(shí)際上引用也是占內(nèi)存空間的。
理解引用小技巧：
C++中與C的區(qū)別最明顯的是什么?不就是面向?qū)ο蟮奶匦詥?其實(shí)可以把引用當(dāng)做一個(gè)封裝了的指針，對(duì)對(duì)象的操作會(huì)被重載成對(duì)該指針指向?qū)ο蟮牟僮鳌?
指針傳遞和引用傳遞
指針傳遞參數(shù)本質(zhì)上是值傳遞的方式，它所傳遞的是一個(gè)地址值。值傳遞過(guò)程中，被調(diào)函數(shù)的形式參數(shù)作為被調(diào)函數(shù)的局部變量處理，即在棧中開(kāi)辟了內(nèi)存空間以存放由主調(diào)函數(shù)放進(jìn)來(lái)的實(shí)參的值，從而成為了實(shí)參的一個(gè)副本。值傳遞的特點(diǎn)是被調(diào)函數(shù)對(duì)形式參數(shù)的任何操作都是作為局部變量進(jìn)行，不會(huì)影響主調(diào)函數(shù)的實(shí)參變量的值。
引用傳遞過(guò)程中，被調(diào)函數(shù)的形式參數(shù)也作為局部變量在棧中開(kāi)辟了內(nèi)存空間，但是這時(shí)存放的是由主調(diào)函數(shù)放進(jìn)來(lái)的實(shí)參變量的地址。被調(diào)函數(shù)對(duì)形參的任何操作都被處理成間接尋址，即通過(guò)棧中存放的地址訪問(wèn)主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量。正因?yàn)槿绱耍徽{(diào)函數(shù)對(duì)形參做的任何操作都影響了主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量。
引用傳遞和指針傳遞是不同的(指針略快于引用)，雖然它們都是在被調(diào)函數(shù)棧空間上的一個(gè)局部變量，但是任何對(duì)于引用參數(shù)的處理都會(huì)通過(guò)一個(gè)間接尋址的方式操作到主調(diào)函數(shù)中的相關(guān)變量。而對(duì)于指針傳遞的參數(shù)，如果改變被調(diào)函數(shù)中的指針地址，它將影響不到主調(diào)函數(shù)的相關(guān)變量。如果想通過(guò)指針參數(shù)傳遞來(lái)改變主調(diào)函數(shù)中的相關(guān)變量，那就得使用指向指針的指針，或者指針的引用。
不論是指針傳遞還是引用傳遞，其效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)值傳遞，尤其在處理一些比較大的對(duì)象，值傳遞需要更多的時(shí)間開(kāi)銷并且占據(jù)更多的內(nèi)存，因此在傳值過(guò)程中，盡量使用指針傳遞和引用傳遞，而因?yàn)橄啾扔谥羔樢玫闹庇^性(指針存在多級(jí)指針不方便去理解)和可讀性，我們建議能使用引用就使用引用傳遞，盡量不使用值傳遞，必須使用指針傳遞才使用指針。
總而言之，言而總之——它們的這些差別都可以歸結(jié)為"指針指向一塊內(nèi)存，它的內(nèi)容是所指內(nèi)存的地址;而引用則是某塊內(nèi)存的別名，引用不改變指向。
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