指针变量和引用变量之间的区别是什么?


当前回答

你忘记了最重要的部分:

带指针的成员访问使用->使用引用的成员访问。

foo.bar明显优于foo->bar,就像vi明显优于Emacs一样:-)

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实际上,引用并不像指针。

编译器保持对变量的“引用”,将名称与内存地址相关联;这是编译时将任何变量名转换为内存地址的工作。

创建引用时,只告诉编译器为指针变量指定了另一个名称;这就是为什么引用不能“指向null”,因为变量不能是,也不能是。

指针是变量;它们包含其他变量的地址,或者可以为空。重要的是指针有一个值,而引用只有一个引用的变量。

现在对真实代码进行一些解释:

int a = 0;
int& b = a;

在这里,您没有创建另一个指向;您只需将另一个名称添加到内存内容中,该内存内容的值为a。该内存现在有两个名称,a和b,可以使用任一名称对其进行寻址。

void increment(int& n)
{
    n = n + 1;
}

int a;
increment(a);

当调用函数时,编译器通常为要复制到的参数生成内存空间。函数签名定义了应该创建的空间,并给出了应该用于这些空间的名称。将参数声明为引用只是告诉编译器使用输入变量内存空间,而不是在方法调用期间分配新的内存空间。说你的函数将直接操作在调用作用域中声明的变量似乎很奇怪,但请记住,在执行编译代码时,没有更多的作用域;只有普通的平面内存,函数代码可以处理任何变量。

现在,在某些情况下,编译器在编译时可能无法知道引用,例如使用外部变量时。因此,在底层代码中,引用可以实现为指针,也可以不实现为指针。但在我给你的例子中,它很可能不会用指针实现。

如果遵循传递给函数的参数的约定,则可以使用引用和指针之间的差异。Const引用用于传递到函数中的数据,指针用于传递出函数的数据。在其他语言中,您可以使用诸如In和out之类的关键字来明确表示这一点。在C++中,您可以(按照约定)声明等价的。例如

void DoSomething(const Foo& thisIsAnInput, Foo* thisIsAnOutput)
{
   if (thisIsAnOuput)
      *thisIsAnOutput = thisIsAnInput;
}

使用引用作为输入和指针作为输出是Google风格指南的一部分。

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。

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。

在C++中,对指针的引用是可能的,但反之则不可能,这意味着指向引用的指针是不可能的。对指针的引用提供了一种更简洁的语法来修改指针。看看这个例子:

#include<iostream>
using namespace std;

void swap(char * &str1, char * &str2)
{
  char *temp = str1;
  str1 = str2;
  str2 = temp;
}

int main()
{
  char *str1 = "Hi";
  char *str2 = "Hello";
  swap(str1, str2);
  cout<<"str1 is "<<str1<<endl;
  cout<<"str2 is "<<str2<<endl;
  return 0;
}

并考虑上述程序的C版本。在C语言中,你必须使用指针对指针(多重间接寻址),这会导致混乱,程序可能看起来很复杂。

#include<stdio.h>
/* Swaps strings by swapping pointers */
void swap1(char **str1_ptr, char **str2_ptr)
{
  char *temp = *str1_ptr;
  *str1_ptr = *str2_ptr;
  *str2_ptr = temp;
}

int main()
{
  char *str1 = "Hi";
  char *str2 = "Hello";
  swap1(&str1, &str2);
  printf("str1 is %s, str2 is %s", str1, str2);
  return 0;
}

有关指针引用的详细信息,请访问以下内容:

C++:指针引用指向指针的指针和指向指针的引用

正如我所说,指向引用的指针是不可能的。尝试以下程序:

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
   int x = 10;
   int *ptr = &x;
   int &*ptr1 = ptr;
}