寫在前面

指針和引用形式上很好區(qū)別，但是他們似乎有相同的功能,都能夠直接引用對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行直接的操作。但是什么時(shí)候使用指針？什么時(shí)候使用引用呢？這兩者很容易混淆,在此我詳細(xì)介紹一下指針和引用，力爭(zhēng)將最真實(shí)的一面展現(xiàn)給大家。如果我寫得不夠好，希望嘴下留情、手下留命，還請(qǐng)指點(diǎn)一二；如果感覺還不錯(cuò)，請(qǐng)大家鼓掌。

1、指針和引用的定義

在深入介紹之前我們首先來看一下指針和引用的定義、指針和引用的區(qū)別，然后分別針對(duì)指針和引用展開討論，深入細(xì)節(jié)為何有這些差異。

• 指針的權(quán)威定義：
  
• 引用的權(quán)威定義：
  
  上面這些定義初看有些難懂，如果是這樣的話，那說明你對(duì)C++還不夠熟悉，你還有很長(zhǎng)的路要走。下面用通俗易懂的話來概述一下：
• 指針-對(duì)于一個(gè)類型T，T*就是指向T的指針類型，也即一個(gè)T*類型的變量能夠保存一個(gè)T對(duì)象的地址，而類型T是可以加一些限定詞的，如const、volatile等等。見下圖，所示指針的含義：
• 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。見下圖，所示引用的含義：
  

2、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。 前面也說過了引用是對(duì)象的別名，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。因此如果你有一個(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，i.e.，你的設(shè)計(jì)不允許變量為空，這時(shí)你應(yīng)該使用引用。如下圖中，如果定義一個(gè)引用變量，不初始化的話連編譯都通不過（編譯時(shí)錯(cuò)誤）：
  而聲明指針是可以不指向任何對(duì)象，也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，使用指針之前必須做判空操作，而引用就不必 。
• 其次，引用不可以改變指向，對(duì)一個(gè)對(duì)象"至死不渝"；但是指針可以改變指向，而指向其它對(duì)象。說明：雖然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。例如就++操作而言，對(duì)引用的操作直接反應(yīng)到所指向的對(duì)象，而不是改變指向；而對(duì)指針的操作，會(huì)使指針指向下一個(gè)對(duì)象，而不是改變所指對(duì)象的內(nèi)容。見下面的代碼：

#include<iostream>using namespace std;int main(int argc,char** argv){int i=10;int& ref=i;ref++;cout<<"i="<<i<<endl;cout<<"ref="<<ref<<endl;int j=20;ref=j;ref++;cout<<"i="<<i<<endl;cout<<"ref="<<ref<<endl;cout<<"j="<<j<<endl;return 0;}

對(duì)ref的++操作是直接反應(yīng)到所指變量之上，對(duì)引用變量ref重新賦值"ref=j"，并不會(huì)改變r(jià)ef的指向，它仍然指向的是i，而不是j。理所當(dāng)然，這時(shí)對(duì)ref進(jìn)行++操作不會(huì)影響到j(luò)。而這些換做是指針的話，情況大不相同，請(qǐng)自行實(shí)驗(yàn)。輸出結(jié)果如下：(對(duì)引用變量重新賦值ref=j,不會(huì)改變r(jià)ef的指向，但是會(huì)把j的值賦值給ref)

如果是引用的話，代碼如下:(這段是我自己加的，原文中并沒有對(duì)應(yīng)示例代碼)

#include<iostream>using namespace std;int main(int argc,char** argv){int i = 10;int* ref = &i;i++;cout << "i=" << i << endl;cout << "ref value =" << *ref << endl;ref++;cout << "i=" << i << endl;cout << "ref=" << ref << endl;cout << "ref value =" << *ref << endl;int j = 20;cout << "redirect ref point to j" << endl;ref = &j;cout << "ref=" << ref << endl;cout << "ref value =" << *ref << endl;ref++;cout << "i=" << i << endl;cout << "ref=" << ref << endl;cout << "ref value =" << *ref << endl;cout << "j=" << j << endl;return 0;}

執(zhí)行結(jié)果如圖:

• 再次，引用的大小是所指向的變量的大小，因?yàn)橐弥皇且粋€(gè)別名而已；指針是指針本身的大小，4個(gè)字節(jié)。見下圖所示：
  
  從上面也可以看出：引用比指針使用起來形式上更漂亮，使用引用指向的內(nèi)容時(shí)可以直接用引用變量名，而不像指針一樣要使用*；定義引用的時(shí)候也不用像指針一樣使用&取址。

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)于指針來說，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）。

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。"

3、特別之處const

在這里我為什么要提到const關(guān)鍵字呢？因?yàn)閏onst對(duì)指針和引用的限定是有差別的，下面聽我一一道來。

• 常量指針VS常量引用
  常量指針：指向常量的指針，在指針定義語(yǔ)句的類型前加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操作，而不能規(guī)定指針指向的值本身的操作規(guī)定性。
  
  常量指針定義"const int* pointer=&a"告訴編譯器，*pointer是常量，不能將*pointer作為左值進(jìn)行操作。

常量引用：指向常量的引用，在引用定義語(yǔ)句的類型前加const，表示指向的對(duì)象是常量。也跟指針一樣不能利用引用對(duì)指向的變量進(jìn)行重新賦值操作。

• 指針常量VS引用常量

在指針定義語(yǔ)句的指針名前加const，**表示指針本身是常量。在定義指針常量時(shí)必須初始化！**而這是引用天生具來的屬性，不用在引用指針定義語(yǔ)句的引用名前加const。

指針常量定義"int const pointer=&b"告訴編譯器，pointer是常量，不能作為左值進(jìn)行操作，但是允許修改間接訪問值，即*pointer可以修改*。

• 常量指針常量VS常量引用常量

常量指針常量：指向常量的指針常量，可以定義一個(gè)指向常量的指針常量，它必須在定義時(shí)初始化。常量指針常量定義"const int* const pointer=&c"告訴編譯器，pointer和*pointer都是常量，他們都不能作為左值進(jìn)行操作。

而就不存在所謂的"常量引用常量"，因?yàn)楦厦嬷v的一樣引用變量就是引用常量。C++不區(qū)分變量的const引用和const變量的引用。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，起作用就是使其目標(biāo)稱為const變量。即沒有：const double const& a=1；只有const double& a=1；

總結(jié)：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)——畫一條垂直穿過指針聲明的星號(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就是常量，即不可以改變指向。

4、指針和引用的實(shí)現(xiàn)

我們利用下面一段簡(jiǎn)單的代碼來深入分析指針和引用:

#include<iostream>using namespace std;int main(int argc, char** argv){int i=1;int& ref=i;int x=ref;cout<<"x is "<<x<<endl;ref=2;int* p=&i;cout<<"ref = "<<ref<<", i = "<<i<<endl;}

上面的代碼用g++ test.c編譯之后，然后反匯編objdump -d a.out，得到main函數(shù)的一段匯編代碼如下：



從匯編代碼可以看出實(shí)際上指針和引用在編譯器中的實(shí)現(xiàn)是一樣的：

• 引用int& ref=i;
  
• 指針int* p=&i;
  
  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："引用只是一個(gè)別名，不會(huì)占內(nèi)存空間？"通過這個(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。

5、指針傳遞和引用傳遞

為了更好的理解指針和引用，我們下面來介紹一下指針傳遞和引用傳遞。當(dāng)指針和引用作為函數(shù)的函數(shù)是如何傳值的呢？（下面這一段引用了C++中引用傳遞與指針傳遞區(qū)別（進(jìn)一步整理））

• 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，即在棧中開辟了內(nèi)存空間以存放由主調(diào)函數(shù)放進(jìn)來的實(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，即通過棧中存放的地址訪問主調(diào)函數(shù)中的實(shí)參變量。正因?yàn)槿绱?#xff0c;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)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。如果想通過指針參數(shù)傳遞來改變主調(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。

參考文獻(xiàn):

[1]The C++ Programming Language(Special Edition),Bjarne Stroustrup
[2] ANSI C++ Standard
[3] 匯編語(yǔ)言

原文作者：吳秦
原文出處：http://www.cnblogs.com/skynet/

最后，使用&和*寫了一個(gè)小demo

#include<iostream> using namespace std; int main(){int a=123;//&a表示a在內(nèi)存中的地址，也就是123在內(nèi)存中的地址cout<<"a: "<<a<<endl<<"a's address："<<&a<<endl;//此時(shí)p是一個(gè)指針，指向a所在的位置int *p=&a;cout<<"p: "<<p<<endl;//聲明p之后，在p之前添加*表示p指向內(nèi)存的值cout<<"p's value: "<<*p<<endl;//同時(shí)p也是 一個(gè)變量，在內(nèi)存中也有一個(gè)地址儲(chǔ)存它，但其地址不是a的地址cout<<"p's address: "<<&p<<endl;//試試*&組合使用是什么效果cout<<"*&p: "<<*&p<<endl;//&p是一個(gè)內(nèi)存地址，*&p表示&p指向地址內(nèi)存空間的值,在這里表示a的地址cout<<"**&p: "<<**&p<<endl;//剛才我們已經(jīng)知道*&p是a的地址，那么**&p就表示a的值return 0; }

輸出結(jié)果：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++中的指针与引用的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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