C++中指针与引用

引用

引用(reference)为对象起了另外一个名字，引用类型引用(refer to)另外一种类型。通过将声明符写成&d的形式来定义引用类型，其中d是声明的变量名：

int ival = 1024;
int &refVal = ival;    // refVal指向ival(是ival的另一个名字)
int &refVal2;          // 报错: 引用必须被初始化

一般在初始化变量，初始值会被拷贝到新建的对象中。然而定义引用时，程序把引用和它的初始值绑定(bind)在一起，而不是将初始值拷贝给引用。一旦初始化完成，引用将和它的初始值对象一直绑定在一起。因为无法令引用重新绑定到另外一个对象，因此引用必须初始化。

引用即别名

引用并非对象，相反的，它只是为一个已经存在的对象所起的另外一个名字。

定义了一个引用之后，对其进行的所有操作都是在与之绑定的对象上进行的：

refVal = 2;        // 把2赋给refVal指向的对象，此处即是赋给了ival
int ii = refVal;   // 与ii = ival执行结果一样

为引用赋值，实际上是把值赋给了与引用绑定的对象。获取引用的值，实际上是获取了与引用绑定的对象的值。同理，以引用作为初始值，实际上是以与引用绑定的对象作为初始值：

// 正确: refVal3绑定到了那个与refVal绑定的对象上，这里就是绑定到ival上
int &refVal3 = refVal;
// 利用与refVal绑定的对象的值初始化变量i
int i = refVal;    // 正确: i被初始化为ival的值

因为引用本身不是一个对象，所以不能定义引用的引用。

引用的定义

运行在一条语句中定义多个引用，其中每个引用标识符都必须以符号&开头：

int i = 1024, i2 = 2048;    // i和i2都是int
int &r = i, r2 = i2;        // r是一个引用，与i绑定在一起，r2是int
int i3 = 1024, &ri = i3;    // i3是int，ri是一个引用，与i3绑定在一起
int &r3 = i3, &r4 = i2;     // r3和r4都是引用

大部分引用的类型都要和与之绑定的对象严格匹配。而且，引用只能绑定在对象上，而不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起。

第一种例外情况就是在初始化常量引用时允许用任意表达式作为初始值，只要该表达式的结果能转换成引用的类型即可。
第二种例外情况就是可以将基类的引用绑定到派生类对象上。

指针

指针(pointer)是“指向(point to)”另外一种类型的复合类型。与引用类型，指针也实现了对其他对象的间接访问。然而指针与引用相比又有很多不同点。其一，指针本身就是一个对象，允许对指针赋值和拷贝，而且在指针的生命周期内它可以先后指向几个不同的对象。其二，指针无须在定义时赋初值。和其他内置类型一样，在块作用域内定义的指针如果没有被初始化，也将拥有一个不确定的值。

定义指针类型的方法将声明符写成*d的形式，其中d是变量名。如果在一条语句中定义了几个指针变量，每个变量前面都必须有符号*：

int *ip1, *ip2;    // ip1和ip2都是指向int型对象的指针
double dp, *dp2;   // dp2是指向double型对象的指针，dp是double型对象

获取对象的地址

指针存放某个对象的地址，想要获取该地址，需要使用取地址符(操作符&)：

int ival = 42;
int *p = &ival;    // p存放变量ival的地址，或者说p的指向变量ival的指针

第二条语句把p定义为一个指向int的指针，随后初始化p令其指向名为ival的int对象。因为引用不是对象，没有实际地址，所以不能定义指向引用的指针。

大部分指针的类型都要和它所指向的对象严格匹配。

第一种例外情况就是允许令一个指向常量的指针指向一个非常量对象。
第二种例外情况就是可以将基类的指针绑定到派生类对象上。

double dval;
double *pd = &dval;    // 正确: 初始值是double型对象的地址
double *pd2 = pd;      // 正确: 初始值是指向double对象的指针的地址

int *pi = pd;          // 错误: 指针pi的类型和pd的类型不匹配
pi = &dval;            // 错误: 试图把double型对象的地址赋给int型指针

因为在声明语句中指针的类型实际上被用于指定它所指向对象的类型，所以二者必须匹配。如果指针指向了一个其他类型的对象，对该对象的操作将发生错误。

指针值

指针的值(即地址)应属下列4种状态之一：

指向一个对象。
指向紧邻对象所占空间的下一个位置。
空指针，意味着指针没有指向任何对象。
无效指针，也就是上述情况之外的其他值。

试图拷贝或以其他方式访问无效指针的值都将引发错误。编译器并不负责检查此类错误，这一点和试图使用未经初始化的变量是一样的。访问无效指针的后果无法预计，因此程序员必须清楚任意给定的指针是否有效。

利用指针访问对象

如果指针指向了一个对象，则允许使用解引用符(操作符*)来访问该对象：

int ival = 42;
int *p = &ival;    // p存放着变量ival的地址，或者说p是指向变量ival的指针
cout << *p;        // 由符号*得到指针p所指的对象，输出42

对指针解引用会得出所指的对象，因此如果给解引用的结果赋值，实际上也就是给指针所指的对象赋值：

*p = 0;        // 由符号*得到指针p所指的对象，即可经由p为变量ival赋值
cout << *p;    // 输出0

如上述程序所示，为*p赋值实际上是为p所指向的对象赋值。(解引用操作仅适用于那些确实指向了某个对象的有效指针)

空指针

空指针(null pointer)不指向任何对象，在试图使用一个指针之前代码可以首先检查它是否为空。以下列出几个生成空指针的方法：

int *p1 = nullptr;            // 等价于int *p1 = 0;
int *p2 = 0;                  // 直接将p2初始化为字面常量0
// 需要首先 #include cstdlib
int *p3 = NULL;               // 等价于int *p3 = 0;

得到空指针最直接的方法就是用字面值nullptr来初始化指针，这也是C++11新标准刚引入的一种方法。nullptr是一种特殊类型的字面值，它可以被转换成任意其他的指针类型。另一种方法就如对p2的定义一样，也可以通过将指针初始化为字面值0来生成空指针。

过去的程序还会用到一个名为NULL的预处理变量(preprocessor variable)来给指针赋值，这个变量在头文件cstdlib中定义，它的值就是0。所以说用NULL初始化指针和用0初始化指针是一样的。在新标准下，现在的C++程序最好使用nullptr，同时尽量避免使用NULL。

把int变量直接赋给指针是错误的操作，即使int变量的值恰好等于0也不行。

int zero = 0;
pi = zero;        // 错误: 不能把int变量直接赋给指针

引用和指针的区别

相同点

都是地址的概念：指针指向一块内存，它的内容是所指内存的地址；引用是某块内存的别名。

区别

指针是一个实体，而引用只是一个别名。
可以有多级指针，但没有多级引用，只有一级引用。
引用使用时无需解引用(*)，指针需要解引用。
引用只能在定义时被初始化一次，之后不可变；指针可变。
引用不能为空，指针可以为空。
sizeof引用得到是所绑定变量(对象)的大小，而sizeof指针得到的是指针本身的大小。
引用和指针的自增运算结果不一样。(指针是指向下一个空间，引用是引用的变量值加1)
引用底层是通过指针实现的。
作为参数时也不同，传指针的实质是传值，传递的值是指针指向对象的地址；传引用的实质是传地址，传递的是变量的地址。

C++中的指针参数传递和引用参数传递

指针参数传递本质上是值传递，它所传递的是一个地址值。值传递过程中，被调函数的形式参数作为被调函数的局部变量处理，会在栈中开辟内存空间以存放由主调函数传递进来的实参值，从而形成了实参的一个副本（替身）。值传递的特点是，被调函数对形式参数的任何操作都是作为局部变量进行的，不会影响主调函数的实参变量的值（形参指针变了，实参指针不会变）。
引用参数传递过程中，被调函数的形式参数也作为局部变量在栈中开辟了内存空间，但是这时存放的是由主调函数放进来的实参变量的地址。被调函数对形参（本体）的任何操作都被处理成间接寻址，即通过栈中存放的地址访问主调函数中的实参变量（根据别名找到主调函数中的本体）。因此，被调函数对形参的任何操作都会影响主调函数中的实参变量。
引用传递和指针传递是不同的，虽然他们都是在被调函数栈空间上的一个局部变量，但是任何对于引用参数的处理都会通过一个间接寻址的方式操作到主调函数中的相关变量。而对于指针传递的参数，如果改变被调函数中的指针地址，它将应用不到主调函数的相关变量。如果想通过指针参数传递来改变主调函数中的相关变量（地址），那就得使用指向指针的指针或者指针引用。
从编译的角度来讲，程序在编译时分别将指针和引用添加到符号表上，符号表中记录的是变量名及变量所对应地址。指针变量在符号表上对应的地址值为指针变量的地址值，而引用在符号表上对应的地址值为引用对象的地址值（与实参名字不同，地址相同）。符号表生成之后就不会再改，因此指针可以改变其指向的对象（指针变量中的值可以改），而引用对象则不能修改。

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