“我知道引用是语法糖，所以代码更容易读写”

这引用不是实现指针的另一种方式，尽管它涵盖了大量的指针用例。指针是一种数据类型——通常指向实际值的地址。然而，它可以设置为零，或者使用地址算术等设置在地址之后的几个位置。对于具有自己值的变量，引用是“语法糖”。

C只有传递值语义。获取变量引用的数据的地址并将其发送到函数是一种通过“引用”传递的方法。引用通过“引用”原始数据位置本身在语义上简化了这一过程。因此：

int x = 1;
int *y = &x;
int &z = x;

Y是一个int指针，指向存储x的位置。X和Z表示相同的存储位置（堆栈或堆）。

很多人谈论过这两个（指针和引用）之间的区别，好像它们是同一个东西，用法不同一样。它们完全不同。

1） “指针可以被重新分配任意次数，而引用在绑定后不能被重新分配。”--指针是指向数据的地址数据类型。引用是数据的另一个名称。因此，您可以“重新分配”引用。你不能重新分配它所指的数据位置。就像你不能更改“x”所指的位置一样，你也不能更改“z”。

x = 2;
*y = 2;
z = 2;

相同的。这是一次重新分配。

2） “指针不能指向任何地方（NULL），而引用总是指向对象”——同样令人困惑。引用只是对象的另一个名称。空指针表示（语义上）它没有引用任何内容，而引用是通过表示它是“x”的另一个名称来创建的。自从

3） “你不能像用指针那样获取引用的地址”——是的，你可以。再次带着困惑。如果您试图查找用作引用的指针的地址，这是一个问题——因为引用不是指向对象的指针。他们就是目标。所以你可以得到对象的地址，也可以得到指针的地址。因为它们都在获取数据的地址（一个是对象在内存中的位置，另一个是指向对象在内存位置的指针）。

int *yz = &z; -- legal
int **yy = &y; -- legal

int *yx = &x; -- legal; notice how this looks like the z example.  x and z are equivalent.

4） “这里没有“引用算术”——同样有点混淆——因为上面的例子中z是对x的引用，因此两者都是整数，所以“引用”算术意味着例如将x引用的值加1。

x++;
z++;

*y++;  // what people assume is happening behind the scenes, but isn't. it would produce the same results in this example.
*(y++);  // this one adds to the pointer, and then dereferences it.  It makes sense that a pointer datatype (an address) can be incremented.  Just like an int can be incremented. 

引用永远不能为NULL。

引用的另一个有趣用法是提供用户定义类型的默认参数：

class UDT
{
public:
   UDT() : val_d(33) {};
   UDT(int val) : val_d(val) {};
   virtual ~UDT() {};
private:
   int val_d;
};

class UDT_Derived : public UDT
{
public:
   UDT_Derived() : UDT() {};
   virtual ~UDT_Derived() {};
};

class Behavior
{
public:
   Behavior(
      const UDT &udt = UDT()
   )  {};
};

int main()
{
   Behavior b; // take default

   UDT u(88);
   Behavior c(u);

   UDT_Derived ud;
   Behavior d(ud);

   return 1;
}

默认风格使用引用的“bind const reference to a temporary”方面。

引用是常量指针。int*const a=&b与int&a=b相同。这就是为什么没有const引用，因为它已经是const，而const的引用是const int*consta。当使用-O0编译时，编译器将在这两种情况下将b的地址放在堆栈上，并且作为类的成员，它也将出现在堆栈/堆上的对象中，与您声明了常量指针时相同。使用-Ofast，可以免费优化此功能。常量指针和引用都被优化了。

与常量指针不同，无法获取引用本身的地址，因为它将被解释为它引用的变量的地址。因此，在Ofast上，表示引用的常量指针（被引用变量的地址）将始终在堆栈外进行优化，但如果程序绝对需要实际常量指针的地址（指针本身的地址，而不是指针指向的地址），即您打印常量指针的位置，那么const指针将被放置在堆栈上，以便它有一个地址。

否则它是相同的，即当您打印它指向的地址时：

#include <iostream>

int main() {
  int a =1;
  int* b = &a;
  std::cout << b ;
}

int main() {
  int a =1;
  int& b = a;
  std::cout << &b ;
}

they both have the same assembly output
-Ofast:
main:
        sub     rsp, 24
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZSt4cout
        lea     rsi, [rsp+12]
        mov     DWORD PTR [rsp+12], 1
        call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >::_M_insert<void const*>(void const*)
        xor     eax, eax
        add     rsp, 24
        ret
--------------------------------------------------------------------
-O0:
main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        mov     DWORD PTR [rbp-12], 1
        lea     rax, [rbp-12]
        mov     QWORD PTR [rbp-8], rax
        mov     rax, QWORD PTR [rbp-8]
        mov     rsi, rax
        mov     edi, OFFSET FLAT:_ZSt4cout
        call    std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >::operator<<(void const*)
        mov     eax, 0
        leave
        ret

指针已经在堆栈外进行了优化，在这两种情况下，指针甚至都没有在-Ofast上取消引用，而是使用编译时值。

作为对象的成员，它们在-O0到-Ofast上是相同的。

#include <iostream>
int b=1;
struct A {int* i=&b; int& j=b;};
A a;
int main() {
  std::cout << &a.j << &a.i;
}

The address of b is stored twice in the object. 

a:
        .quad   b
        .quad   b

        mov     rax, QWORD PTR a[rip+8] //&a.j
        mov     esi, OFFSET FLAT:a //&a.i

当通过引用传递时，在-O0上，传递被引用变量的地址，因此它与通过指针传递相同，即常量指针包含的地址。On Ofast如果函数可以内联，则编译器会在内联调用中对其进行优化，因为动态范围是已知的，但在函数定义中，参数总是作为指针（期望引用引用的变量的地址）被解引用，其中它可能被另一个转换单元使用，而编译器不知道动态范围，当然，除非函数声明为静态函数，否则它不能在转换单元之外使用，然后它通过值传递，只要它没有在函数中通过引用进行修改，那么它将传递您传递的引用所引用的变量的地址，如果调用约定中有足够多的易失性寄存器，则将在一个寄存器中传递，并保持在堆栈之外。

为了避免混淆，我想输入一些输入，我确信这主要取决于编译器如何实现引用，但在gcc的情况下，引用只能指向堆栈上的变量的想法实际上并不正确，例如：

#include <iostream>
int main(int argc, char** argv) {
    // Create a string on the heap
    std::string *str_ptr = new std::string("THIS IS A STRING");
    // Dereference the string on the heap, and assign it to the reference
    std::string &str_ref = *str_ptr;
    // Not even a compiler warning! At least with gcc
    // Now lets try to print it's value!
    std::cout << str_ref << std::endl;
    // It works! Now lets print and compare actual memory addresses
    std::cout << str_ptr << " : " << &str_ref << std::endl;
    // Exactly the same, now remember to free the memory on the heap
    delete str_ptr;
}

其输出如下：

THIS IS A STRING
0xbb2070 : 0xbb2070

如果您注意到甚至内存地址都完全相同，这意味着引用成功地指向了堆上的一个变量！现在，如果你真的想变得古怪，这也很有效：

int main(int argc, char** argv) {
    // In the actual new declaration let immediately de-reference and assign it to the reference
    std::string &str_ref = *(new std::string("THIS IS A STRING"));
    // Once again, it works! (at least in gcc)
    std::cout << str_ref;
    // Once again it prints fine, however we have no pointer to the heap allocation, right? So how do we free the space we just ignorantly created?
    delete &str_ref;
    /*And, it works, because we are taking the memory address that the reference is
    storing, and deleting it, which is all a pointer is doing, just we have to specify
    the address with '&' whereas a pointer does that implicitly, this is sort of like
    calling delete &(*str_ptr); (which also compiles and runs fine).*/
}

其输出如下：

THIS IS A STRING

因此，引用是引擎盖下的指针，它们都只是存储一个内存地址，地址指向的位置是不相关的，如果我调用std:：cout<<str_ref；调用delete str_ref后？很明显，它编译得很好，但在运行时会导致分段错误，因为它不再指向有效变量，我们本质上有一个中断的引用仍然存在（直到它超出范围），但没有用。

换句话说，引用只是一个指针，它抽象了指针机制，使其更安全、更容易使用（没有意外的指针数学，没有混淆“.”和“->”等），假设您没有像上面的例子那样尝试任何废话；）

现在，不管编译器如何处理引用，它总是有某种指针，因为引用必须引用特定内存地址处的特定变量，才能按预期工作，因此无法绕过这一点（因此称为“引用”）。

对于引用，唯一需要记住的重要规则是必须在声明时定义它们（头中的引用除外，在这种情况下，必须在构造函数中定义引用，在构造包含引用的对象之后，再定义它就太晚了）。

请记住，我上面的例子只是说明引用是什么的例子，你永远不想以这些方式使用引用！为了正确使用参考文献，这里已经有很多答案，这些答案一针见血

简单地说，我们可以说引用是变量的替代名称，指针是保存另一个变量地址的变量。例如

int a = 20;
int &r = a;
r = 40;  /* now the value of a is changed to 40 */

int b =20;
int *ptr;
ptr = &b;  /*assigns address of b to ptr not the value */