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C++中的指针与引用

c++ 
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1、指针和引用的定义
指针---对于一个类型T,T*就是指向T的指针类型,也即一个T*类型的变量能够保存一个T对象的地址,而类型T是可以加一些限定词的,如const、volatile等等。见下图,所示指针的含义:


引用---引用是一个对象的别名,主要用于函数参数和返回值类型,符号X&表示X类型的引用。见下图,所示引用的含义:


2、指针和引用的区别
首先,引用不可以为空,但指针可以为空。前面也说过了引用是对象的别名,引用为空——对象都不存在,怎么可能有别名!故定义一个引用的时候,必须初始化。因此如果你有一个变量是用于指向另一个对象,但是它可能为空,这时你应该使用指针;如果变量总是指向一个对象,i.e.,你的设计不允许变量为空,这时你应该使用引用。如下图中,如果定义一个引用变量,不初始化的话连编译都通不过(编译时错误):


而声明指针是可以不指向任何对象,也正是因为这个原因,使用指针之前必须做判空操作,而引用就不必。
其次,引用不可以改变指向,对一个对象"至死不渝";但是指针可以改变指向,而指向其它对象。说明:虽然引用不可以改变指向,但是可以改变初始化对象的内容。例如就++操作而言,对引用的操作直接反应到所指向的对象,而不是改变指向;而对指针的操作,会使指针指向下一个对象,而不是改变所指对象的内容。见下面的代码:

#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;
}


对ref的++操作是直接反应到所指变量之上,对引用变量ref重新赋值"ref=j",并不会改变ref的指向,它仍然指向的是i,而不是j。理所当然,这时对ref进行++操作不会影响到j。而这些换做是指针的话,情况大不相同,请自行实验。输出结果如下:


再次,引用的大小是所指向的变量的大小,因为引用只是一个别名而已;指针是指针本身的大小,4个字节。见下图所示:


从上面也可以看出:引用比指针使用起来形式上更漂亮,使用引用指向的内容时可以之间用引用变量名,而不像指针一样要使用*;定义引用的时候也不用像指针一样使用&取址。
最后,引用比指针更安全。由于不存在空引用,并且引用一旦被初始化为指向一个对象,它就不能被改变为另一个对象的引用,因此引用很安全。对于指针来说,它可以随时指向别的对象,并且可以不被初始化,或为NULL,所以不安全。const 指针虽然不能改变指向,但仍然存在空指针,并且有可能产生野指针(即多个指针指向一块内存,free掉一个指针之后,别的指针就成了野指针)。
总而言之,言而总之——它们的这些差别都可以归结为"指针指向一块内存,它的内容是所指内存的地址;而引用则是某块内存的别名,引用不改变指向。"
3、特别之处const
在这里我为什么要提到const关键字呢?因为const对指针和引用的限定是有差别的,下面听我一一到来。

常量指针VS常量引用
常量指针:指向常量的指针,在指针定义语句的类型前加const,表示指向的对象是常量。

定义指向常量的指针只限制指针的间接访问操作,而不能规定指针指向的值本身的操作规定性。

常量指针定义"const int* pointer=&a"告诉编译器,*pointer是常量,不能将*pointer作为左值进行操作。

常量引用:指向常量的引用,在引用定义语句的类型前加const,表示指向的对象是常量。也跟指针一样不能利用引用对指向的变量进行重新赋值操作。

指针常量VS引用常量
在指针定义语句的指针名前加const,表示指针本身是常量。在定义指针常量时必须初始化!而这是引用天生具来的属性,不用再引用指针定义语句的引用名前加const。

指针常量定义"int* const pointer=&b"告诉编译器,pointer是常量,不能作为左值进行操作,但是允许修改间接访问值,即*pointer可以修改。

常量指针常量VS常量引用常量
常量指针常量:指向常量的指针常量,可以定义一个指向常量的指针常量,它必须在定义时初始化。常量指针常量定义"const int* const pointer=&c"告诉编译器,pointer和*pointer都是常量,他们都不能作为左值进行操作。

而就不存在所谓的"常量引用常量",因为跟上面讲的一样引用变量就是引用常量。C++不区分变量的const引用和const变量的引用。程序决不能给引用本身重新赋值,使他指向另一个变量,因此引用总是const的。如果对引用应用关键字const,起作用就是使其目标称为const变量。即没有:Const double const& a=1;只有const double& a=1;

总结:有一个规则可以很好的区分const是修饰指针,还是修饰指针指向的数据——画一条垂直穿过指针声明的星号(*),如果const出现在线的左边,指针指向的数据为常量;如果const出现在右边,指针本身为常量。而引用本身与天俱来就是常量,即不可以改变指向。
4、指针和引用的实现

我们利用下面一段简单的代码来深入分析指针和引用:

#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;
}


虽然指针和引用最终在编译中的实现是一样的,但是引用的形式大大方便了使用也更安全。有人说:"引用只是一个别名,不会占内存空间?"通过这个事实我们可以揭穿这个谎言!实际上引用也是占内存空间的。
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