指针变量和引用变量之间的区别是什么?
当前回答
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。
其他回答
引用是另一个变量的别名,而指针保存变量的内存地址。引用通常用作函数参数,因此传递的对象不是副本而是对象本身。
void fun(int &a, int &b); // A common usage of references.
int a = 0;
int &b = a; // b is an alias for a. Not so common to use.
如果你真的想变得迂腐,有一件事你可以用指针做,但不能用指针做:延长临时对象的生命周期。在C++中,如果将常量引用绑定到临时对象,则该对象的生存期将变为引用的生存期。
std::string s1 = "123";
std::string s2 = "456";
std::string s3_copy = s1 + s2;
const std::string& s3_reference = s1 + s2;
在本例中,s3_copy复制连接后的临时对象。而s3_reference本质上成为临时对象。它实际上是对临时对象的引用,该对象现在与引用具有相同的生存期。
如果您尝试在没有常量的情况下执行此操作,它将无法编译。不能将非常量引用绑定到临时对象,也不能为此获取其地址。
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。
我总是根据C++核心指南中的这条规则来决定:
当“无参数”是有效选项时,优先选择T*而不是T&
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。)