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，但是它們的使用場景又極其類似，它們都能直接引用對象，對對象進行處理，那么究竟為什么會引入引用?什么時候使用指針?什么時候使用引用?這兩者實在容易混淆，在此我詳細介紹一下指針和引用。
引用不是新定義一個變量，而是給已存在變量取了一個別名，編譯器不會為引用變量開辟內(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，但是不分配存儲空間。指針不聲明時初始化，在初始化的時候需要分配存儲空間。
2.引用初始化后不能被改變，指針可以改變所指的對象。
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，會引發(fā)一定的問題，因為讓引用作參數(shù)，目的就是想改變這個引用所指向地址的內(nèi)容，而函數(shù)調(diào)用時傳入的是實參，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)錯誤。所以使用時一定要小心謹慎。
從概念上講。指針從本質(zhì)上講就是存放變量地址的一個變量，在邏輯上是獨立的，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。
而引用是一個別名，它在邏輯上不是獨立的，它的存在具有依附性，所以引用必須在一開始就被初始化，而且其引用的對象在其整個生命周期中是不能被改變的(自始至終只能依附于同一個變量)。
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)放進來的 實參的值，從而成為了實參的一個副本。值傳遞的特點是被調(diào)函數(shù)對形式參數(shù)的任何操作都是作為局部變量進行，不會影響主調(diào)函數(shù)的實參變量的值。而在引用傳遞過程中， 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辟了內(nèi)存空間，但是這時存放的是由主調(diào)函數(shù)放進來的實參變量的地址。被調(diào)函數(shù)對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)中的實參變量。正因為如此，被調(diào)函數(shù)對形參做的任何操作都影響了主調(diào)函數(shù)中的實參變量。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上的一個局部變量，但是任何對于引用參數(shù)的處理都會通過一個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。
為了進一步加深大家對指針和引用的區(qū)別，下面我從編譯的角度來闡述它們之間的區(qū)別：
程序在編譯時分別將指 針和引用添加到符號表上，符號表上記錄的是變量名及變量所對應(yīng)地址。指針變量在符號表上對應(yīng)的地址值為指針變量的地址值，而引用在符號表上對應(yīng)的地址值為 引用對象的地址值。符號表生成后就不會再改，因此指針可以改變其指向的對象(指針變量中的值可以改)，而引用對象則不能修改。
指針和引用的定義
維基百科中這樣解釋
指針：
在計算機科學(xué)中，指針(英語：Pointer)，是編程語言中的一類數(shù)據(jù)類型及其對象或變量，用來表示或存儲一個存儲器地址，這個地址的值直接指向(points to)存在該地址的對象的值。
引用：
在C++編程語言中，引用是一種簡單的引用數(shù)據(jù)類型，其功能不如從C繼承的指針類型，但更安全。C++引用的稱謂可能會引起混淆，因為在計算機科學(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)類型實現(xiàn)。
但說了和沒說差不多。下面用通俗易懂的話來給概述一下。
指針
對于一個類型T，T*就是指向T的指針類型，也就是說T*類型的變量能夠保存一個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
引用是一個對象的別名，主要用于函數(shù)參數(shù)和返回值類型，符號X&表示X類型的引用。見下圖，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。前面也說過了引用是對象的別名，那么能初始化引用的前提一定是被引用的對象存在，引用為空——對象都不存在，怎么可能有別名!故定義一個引用的時候，必須初始化。如果你有一個變量是用于指向另一個對象，但是它可能為空，這時你應(yīng)該使用指針;如果變量總是指向一個對象，并且這個變量一定不為空，這時你應(yīng)該使用引用。如果定義一個引用變量，不初始化的話連編譯都通不過(編譯時錯誤)：
int main()
{
int i = 10;
int* p;
int& r;
return 0;
}
報錯：
“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行判空操作;
引用初始化后就不能再改變指向，無論如何都只能指向初始化時引用的這個對象;但是指針就不同，指針是一個變量它可以任意改變自己的值，即任意改變指向，而指向其他對象?？偟膩碚f，就是引用不可以改變指向，但是可以改變初始化對象的內(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：對指針和引用分別進行++操作，對引用執(zhí)行此操作，作用對象會直接反應(yīng)到引用所指向的對象，而對于指針，執(zhí)行++操作作用于指針變量，會使指針指向下一個對象，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r執(zhí)行++操作是直接反應(yīng)到所指向的對象身上，對引用r的改變并不會是引用r的指向改變，它仍然指向i，并且會改變i的值;而如果是指針，則改變的是指針的值而非指向的對象的值。也就是說在引用初始化后對其的賦值等操作，都不會影響其指向，而是影響其指向的對象的內(nèi)容。
引用的的大小是其指向的對象的大小，因為引用僅僅是一個別名;指針的大小與平臺有關(guān)，在32位平臺下指針大小為4個字節(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位下進行程序編譯的，因此指針大小為8個字節(jié)，而引用的大小是一個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對象，它就不能被改變?yōu)榱硪粋€對象的引用，因此引用很安全。對于指針來說，它可以隨時指向別的對象，并且可以不被初始化，或為NULL，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(即多個指針指向一塊內(nèi)存，free掉一個指針之后，別的指針就成了野指針)。
引用在初始化過后，對引用的一切操作實際上是對它指向?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到被指向的對象，因此引用的使用也比指針更加的漂亮，更加直觀;在初始化時也不需要&操作來取得地址;
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，對于指針而言const的位置可以決定其修飾的對象是誰;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，在定義的語句類型前加上const，表示指向的對象是常量;
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。
int main()
{
int i = 10;
const int* p = &i;
*p = 20;
return 0;
}
報錯：
“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作為左值進行操作。
常量引用：指向常量的引用，在引用定義的語句的類型前加上const，表示指向的對象是常量。與指針一樣，不能對指向的對象的內(nèi)容進行改變。
int main()
{
int i = 10;
const int& r = i;
r = 20;
return 0;
}
報錯：
“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;
在定義指針的語言中的變量名前加const，表示指針本身是一個常量，即指針的指向不可改變。在定義指針常量時必須進行初始化，欸，這像極了引用，是的!
引用指向的對象不可改變是引用的與生俱來的性質(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;
}
報錯：
“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，不能作為左值進行賦值操作，但是允許對指向的對象進行修改。
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，定義一個指向常量的指針常量，它必須要在定義時初始化。
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行操作。
那么對于引用呢?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，使他指向另一個變量，因此引用總是const的。如果對引用應(yīng)用關(guān)鍵字const，其作用就是使其目標稱為const變量。即沒有：Const double const& a=1;只有const double& a=1;
注意：實際上const double &a 和 double const &a是一樣的，都是定義了一個常量的引用。
技巧：有一個規(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(*)，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。
指針和引用的實現(xiàn)
實際上在底層實現(xiàn)上引用還是有空間的，因為引用本質(zhì)還是指針的方式來實現(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，也就是說它和指針實際上是同根同源的。
雖然指針和引用最終在編譯中的實現(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："引用只是一個別名，不會占內(nèi)存空間?"通過這個事實我們可以揭穿這個謊言，實際上引用也是占內(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?其實可以把引用當(dāng)做一個封裝了的指針，對對象的操作會被重載成對該指針指向?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)放進來的實參的值，從而成為了實參的一個副本。值傳遞的特點是被調(diào)函數(shù)對形式參數(shù)的任何操作都是作為局部變量進行，不會影響主調(diào)函數(shù)的實參變量的值。
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，但是這時存放的是由主調(diào)函數(shù)放進來的實參變量的地址。被調(diào)函數(shù)對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)中的實參變量。正因為如此，被調(diào)函數(shù)對形參做的任何操作都影響了主調(diào)函數(shù)中的實參變量。
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)棧空間上的一個局部變量，但是任何對于引用參數(shù)的處理都會通過一個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，或者指針的引用。
不論是指針傳遞還是引用傳遞，其效率都遠遠超過值傳遞，尤其在處理一些比較大的對象，值傳遞需要更多的時間開銷并且占據(jù)更多的內(nèi)存，因此在傳值過程中，盡量使用指針傳遞和引用傳遞，而因為相比于指針引用的直觀性(指針存在多級指針不方便去理解)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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