指针变量和引用变量之间的区别是什么?


当前回答

这是基于教程。所写内容更清楚:

>>> The address that locates a variable within memory is
    what we call a reference to that variable. (5th paragraph at page 63)

>>> The variable that stores the reference to another
    variable is what we call a pointer. (3rd paragraph at page 64)

简单地记住,

>>> reference stands for memory location
>>> pointer is a reference container (Maybe because we will use it for
several times, it is better to remember that reference.)

此外,我们可以参考几乎任何指针教程,指针是指针算术支持的对象,它使指针类似于数组。

看看下面的陈述,

int Tom(0);
int & alias_Tom = Tom;

alias_Tom可以理解为变量的别名(与typedef不同,typedef是一种类型的别名)Tom。忘记这种说法的术语也是可以的,即创建一个对汤姆的引用。

其他回答

与流行观点相反,引用可能为NULL。

int * p = NULL;
int & r = *p;
r = 1;  // crash! (if you're lucky)

当然,使用引用要困难得多,但如果你管理它,你会为了找到它而绞尽脑汁。引用在C++中并不安全!

从技术上讲,这是一个无效引用,而不是空引用。C++不支持在其他语言中可能会发现的空引用作为概念。还有其他类型的无效引用。任何无效引用都会引发未定义行为的幽灵,就像使用无效指针一样。

实际错误是在分配给引用之前取消引用NULL指针。但我不知道任何编译器会在这种情况下生成任何错误——错误会传播到代码中更远的地方。这就是这个问题如此阴险的原因。大多数情况下,如果取消引用NULL指针,就会在该位置崩溃,而且不需要太多调试就可以解决问题。

我上面的例子简短而做作。这是一个更真实的例子。

class MyClass
{
    ...
    virtual void DoSomething(int,int,int,int,int);
};

void Foo(const MyClass & bar)
{
    ...
    bar.DoSomething(i1,i2,i3,i4,i5);  // crash occurs here due to memory access violation - obvious why?
}

MyClass * GetInstance()
{
    if (somecondition)
        return NULL;
    ...
}

MyClass * p = GetInstance();
Foo(*p);

我想重申,获得空引用的唯一方法是通过格式错误的代码,一旦获得了它,就会得到未定义的行为。检查空引用是没有意义的;例如,您可以尝试如果(&bar==NULL)。。。但是编译器可能会优化不存在的语句!有效引用永远不能为NULL,因此从编译器的角度来看,比较总是错误的,并且可以自由地将if子句作为死代码来消除-这是未定义行为的本质。

避免麻烦的正确方法是避免取消引用NULL指针来创建引用。这里有一种自动化的方法来实现这一点。

template<typename T>
T& deref(T* p)
{
    if (p == NULL)
        throw std::invalid_argument(std::string("NULL reference"));
    return *p;
}

MyClass * p = GetInstance();
Foo(deref(p));

要从具有更好写作技巧的人那里了解这个问题,请参阅Jim Hyslop和Herb Sutter的空引用。

有关取消引用空指针的危险的另一个示例,请参见Raymond Chen在尝试将代码移植到另一个平台时暴露未定义的行为。

我觉得还有一点还没有在这里讨论。

与指针不同,引用在语法上等同于它们所引用的对象,即可以应用于对象的任何操作都适用于引用,并且具有完全相同的语法(当然,初始化是例外)。

虽然这可能看起来很肤浅,但我认为这一特性对于一些C++特性来说至关重要,例如:

模板。因为模板参数是鸭子类型的,所以类型的语法财产才是最重要的,所以通常同一个模板可以同时用于T和T&。(或std::reference_wrapper<T>,它仍然依赖于隐式转换至T&)覆盖T&和T&&的模板更为常见。L值。考虑语句str[0]=“X”;如果没有引用,它只适用于c字符串(char*str)。通过引用返回字符允许用户定义的类具有相同的符号。复制构造函数。从语法上讲,将对象传递给复制构造函数是有意义的,而不是传递给对象的指针。但复制构造函数无法按值获取对象,这将导致对同一复制构造函数的递归调用。这将引用作为此处的唯一选项。操作员过载。通过引用,可以在保留相同的中缀符号的同时,将间接指向引入运算符调用,例如运算符+(const T&a,const T&b)。这也适用于常规重载函数。

这些点赋予了C++和标准库相当大的一部分权力,因此这是参考文献的一个重要属性。

以下答案和链接的摘要:

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。指针可以指向任何地方(NULL),而引用总是指向对象。不能像使用指针那样获取引用的地址。没有“引用算术”(但您可以获取引用指向的对象的地址,并对其进行指针算术,如&obj+5中所示)。

澄清误解:

C++标准非常小心,避免规定编译器如何实现引用,但每个C++编译器都实现引用作为指针。即,声明如下:int&ri=i;如果没有完全优化,则分配相同数量的存储作为指针,并放置地址把我的东西放进那个储藏室。

因此,指针和引用都使用相同的内存量。

作为一般规则,

使用函数参数和返回类型中的引用来提供有用的自记录接口。使用指针实现算法和数据结构。

有趣的阅读:

我最喜欢的C++常见问题解答。参考与指针。参考文献简介。参考和常量。

直接答案

C++中的引用是什么?不是对象类型的特定类型实例。

C++中的指针是什么?某个特定的对象类型实例。

根据ISO C++对对象类型的定义:

对象类型是一种(可能是cv限定的)类型,它不是函数类型,不是引用类型,也不是cv void。

可能需要知道的是,对象类型是C++中类型宇宙的顶级类别。引用也是一个顶级类别。但指针不是。

指针和引用在复合类型的上下文中一起提到。这基本上是由于从(和扩展的)C继承的声明器语法的性质,它没有引用。(此外,自从C++11以来,有不止一种类型的引用声明器,而指针仍然是“unityped”:&+&&vs.*。)因此,在这种情况下,用类似C风格的“扩展”来起草一种特定于语言的语言是有一定道理的。(我仍然认为,声明器的语法浪费了大量的语法表达能力,使人类用户和实现都感到沮丧。因此,它们都不适合内置于新的语言设计中。不过,这是PL设计的一个完全不同的主题。)

否则,指针可以被限定为具有引用的特定类型是无关紧要的。除了语法相似性之外,它们共享的公共财产太少了,所以在大多数情况下没有必要将它们放在一起。

注意,上面的语句只提到“指针”和“引用”作为类型。关于它们的实例(如变量),有一些有趣的问题。还有太多的误解。

顶级类别的差异已经揭示了许多与指针无关的具体差异:

对象类型可以具有顶级cv限定符。引用不能。根据抽象机器语义,对象类型的变量确实占用了存储空间。引用不必占用存储空间(有关详细信息,请参阅下面的误解部分)。...

关于引用的其他一些特殊规则:

复合声明符对引用的限制更大。引用可以折叠。基于模板参数推导过程中引用折叠的&&参数特殊规则(作为“转发引用”)允许参数的“完美转发”。引用在初始化时有特殊规则。声明为引用类型的变量的生存期可以通过扩展与普通对象不同。顺便说一句,其他一些上下文(如涉及std::initializer_list的初始化)遵循引用生命周期扩展的一些类似规则。这是另一罐蠕虫。...

误解

语法糖

我知道引用是语法糖,所以代码更容易读写。

从技术上讲,这显然是错误的。引用不是C++中任何其他特性的语法糖,因为它们不能被没有任何语义差异的其他特性完全替换。

(类似地,lambda-expressions不是C++中任何其他功能的语法糖,因为它不能用捕获变量的声明顺序这样的“未指定”财产精确模拟,这可能很重要,因为这些变量的初始化顺序可能很重要。)

在严格意义上,C++只有几种语法糖。一个实例是(继承自C)内置(非重载)运算符[],它的定义与内置运算符unary*和binary+的特定组合形式具有相同的语义财产。

存储

因此,指针和引用都使用相同的内存量。

上面的说法完全错误。为了避免这种误解,请查看ISO C++规则:

来自[intro.object]/1:

……一个物体在其建造期间、在其整个生命周期和在其毁灭期间占据一个存储区域。。。

来自[dcl.ref]/4:

未指定引用是否需要存储。

请注意,这些是语义财产。

语用学

即使在语言设计的意义上,指针不足以与引用放在一起,但仍有一些争论使得在某些其他上下文中(例如,在对参数类型进行选择时)在它们之间进行选择是有争议的。

但这并不是全部。我的意思是,你需要考虑的不仅仅是指针和引用。

如果你不必坚持这种过于具体的选择,在大多数情况下,答案很简单:你没有必要使用指针,所以你不需要。指针通常很糟糕,因为它们暗示了太多你不期望的东西,而且它们依赖于太多的隐含假设,破坏了代码的可维护性和(甚至)可移植性。不必要地依赖指针绝对是一种糟糕的风格,在现代C++的意义上应该避免。重新考虑一下你的目的,你最终会发现在大多数情况下,指针是最后一种功能。

有时语言规则明确要求使用特定类型。如果您想使用这些功能,请遵守规则。复制构造函数需要特定类型的cv-引用类型作为第一个参数类型。(通常它应该是常量限定的。)移动构造函数需要特定类型的cv-&&引用类型作为第一个参数类型。(通常不应有限定符。)运算符的特定重载需要引用或非引用类型。例如:重载运算符=作为特殊成员函数需要类似于复制/移动构造函数的第一个参数的引用类型。后缀++需要伪int。...如果您知道传递值(即使用非引用类型)就足够了,请直接使用它,特别是在使用支持C++17强制复制省略的实现时。(警告:然而,详尽地解释必要性可能非常复杂。)如果您想使用所有权操作一些句柄,请使用unique_ptr和shared_ptr之类的智能指针(如果您需要自制指针不透明,甚至可以使用它们),而不是原始指针。如果您在一个范围内进行一些迭代,请使用迭代器(或标准库尚未提供的一些范围),而不是原始指针,除非您确信原始指针在非常特定的情况下会做得更好(例如,对于较少的头部依赖性)。如果您知道通过值传递就足够了,并且需要一些显式的可空语义,请使用包装器(如std::optional),而不是原始指针。如果您知道由于上述原因,传递值并不理想,并且您不希望使用可为null的语义,请使用{lvalue,rvalue,forward}-引用。即使您确实需要像传统指针那样的语义,也通常有更合适的方法,例如库基础TS中的observer_ptr。

在当前语言中无法解决以下唯一的例外:

当您在上面实现智能指针时,可能必须处理原始指针。特定的语言互操作例程需要指针,如运算符new。(然而,cv void*与普通对象指针相比仍有很大的不同和安全性,因为它排除了意外的指针算法,除非您依赖于void*上的一些非一致扩展,如GNU的。)函数指针可以从lambda表达式转换而不需要捕获,而函数引用则不能。对于这种情况,您必须在非泛型代码中使用函数指针,即使您故意不希望值为空。

因此,在实践中,答案是显而易见的:当有疑问时,避免使用指针。只有在有非常明确的理由认为没有其他更合适的时候,才必须使用指针。除了上面提到的一些例外情况外,这些选择几乎总是不是纯C++特定的(但可能是特定于语言实现的)。此类实例可以是:

您必须为旧式(C)API服务。您必须满足特定C++实现的ABI要求。您必须基于特定实现的假设,在运行时与不同的语言实现(包括各种程序集、语言运行时和某些高级客户端语言的FFI)进行互操作。在某些极端情况下,您必须提高翻译(编译和链接)的效率。在某些极端情况下,您必须避免符号膨胀。

语言中立警告

如果你通过谷歌搜索结果(不是C++特有的)看到这个问题,这很可能是错误的地方。

C++中的引用相当“奇怪”,因为它本质上不是一级的:它们将被视为被引用的对象或函数,因此它们没有机会支持一些一级操作,例如独立于被引用对象的类型而成为成员访问运算符的左操作数。其他语言可能对其引用有类似的限制,也可能没有。

C++中的引用可能不会保留不同语言之间的含义。例如,引用通常并不意味着像C++中那样的值具有非空财产,因此这种假设在某些其他语言中可能不起作用(并且很容易找到反例,例如Java、C#…)。

一般来说,在不同编程语言中的引用之间仍然可以有一些常见的财产,但让我们把它留给SO中的其他一些问题。

(附带说明:这个问题可能比任何“类C”语言都要早,比如ALGOL 68与PL/I。)

另一个区别是,可以有指向void类型的指针(这意味着指向任何对象的指针),但禁止引用void。

int a;
void * p = &a; // ok
void & p = a;  //  forbidden

我不能说我真的很满意这种特殊的差异。我更希望它能被允许有意义地引用任何有地址的东西,否则引用行为相同。它将允许使用引用定义一些C库函数的等价物,如memcpy。