引用与指针非常相似，但它们是专门设计的，有助于优化编译器。

引用的设计使得编译器更容易跟踪哪些引用别名哪些变量。两个主要特性非常重要：没有“引用算术”，也没有重新分配引用。这些允许编译器在编译时找出哪些引用别名哪些变量。允许引用没有内存地址的变量，例如编译器选择放入寄存器的变量。如果获取局部变量的地址，编译器很难将其放入寄存器中。

例如：

void maybeModify(int& x); // may modify x in some way

void hurtTheCompilersOptimizer(short size, int array[])
{
    // This function is designed to do something particularly troublesome
    // for optimizers. It will constantly call maybeModify on array[0] while
    // adding array[1] to array[2]..array[size-1]. There's no real reason to
    // do this, other than to demonstrate the power of references.
    for (int i = 2; i < (int)size; i++) {
        maybeModify(array[0]);
        array[i] += array[1];
    }
}

优化编译器可能会意识到，我们正在访问一个[0]和一个[1]。它希望优化算法以：

void hurtTheCompilersOptimizer(short size, int array[])
{
    // Do the same thing as above, but instead of accessing array[1]
    // all the time, access it once and store the result in a register,
    // which is much faster to do arithmetic with.
    register int a0 = a[0];
    register int a1 = a[1]; // access a[1] once
    for (int i = 2; i < (int)size; i++) {
        maybeModify(a0); // Give maybeModify a reference to a register
        array[i] += a1;  // Use the saved register value over and over
    }
    a[0] = a0; // Store the modified a[0] back into the array
}

要进行这样的优化，需要证明在调用期间没有任何东西可以改变数组[1]。这很容易做到。i永远不小于2，所以array[i]永远不能引用array[1]。maybeModify（）被给定a0作为引用（别名数组[0]）。因为没有“引用”算法，编译器只需要证明maybeModify永远不会得到x的地址，并且它已经证明没有任何东西会改变数组[1]。

它还必须证明，当我们在a0中有一个[0]的临时寄存器副本时，将来的调用不可能读/写它。这通常很难证明，因为在许多情况下，引用显然从未存储在类实例这样的永久结构中。

现在用指针做同样的事情

void maybeModify(int* x); // May modify x in some way

void hurtTheCompilersOptimizer(short size, int array[])
{
    // Same operation, only now with pointers, making the
    // optimization trickier.
    for (int i = 2; i < (int)size; i++) {
        maybeModify(&(array[0]));
        array[i] += array[1];
    }
}

行为是相同的；直到现在，要证明maybeModify从未修改过数组[1]要困难得多，因为我们已经给了它一个指针；猫从袋子里出来了。现在它必须做更困难的证明：对maybeModify进行静态分析，以证明它从未写入&x+1。它还必须证明它从未保存过可以引用数组[0]的指针，这同样棘手。

现代编译器在静态分析方面越来越好，但帮助他们并使用引用总是很好的。

当然，除非进行这种巧妙的优化，编译器确实会在需要时将引用转换为指针。

编辑：在发布这个答案五年后，我发现了一个实际的技术差异，即引用不同于看待相同寻址概念的不同方式。引用可以以指针无法修改的方式修改临时对象的寿命。

F createF(int argument);

void extending()
{
    const F& ref = createF(5);
    std::cout << ref.getArgument() << std::endl;
};

通常，临时对象（例如通过调用createF（5）创建的对象）会在表达式末尾被销毁。然而，通过将该对象绑定到引用ref，C++将延长该临时对象的寿命，直到ref超出范围。

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。

除非我需要以下任何一项，否则我会使用参考资料：

空指针可以用作哨兵价值，通常是一种廉价的方式避免函数重载或使用嘘声。你可以在指针上做算术。例如，p+=偏移量；

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。

关于引用和指针的一些关键相关细节

指针

使用一元后缀声明符运算符声明指针变量*指针对象被分配一个地址值，例如，通过分配给数组对象、使用一元前缀运算符的对象地址或分配给另一个指针对象的值指针可以重新分配任意次数，指向不同的对象指针是保存指定地址的变量。它占用的内存存储量等于目标机器体系结构的地址大小例如，可以通过增量或加法运算符对指针进行数学操作。因此，可以使用指针等进行迭代。要获取或设置指针引用的对象的内容，必须使用一元前缀运算符*来取消引用它

工具书类

引用在声明时必须初始化。引用使用一元后缀声明符运算符&声明。初始化引用时，可以使用它们将直接引用的对象的名称，而不需要一元前缀运算符&一旦初始化，引用就不能通过赋值或算术操作指向其他对象无需取消引用该引用以获取或设置其引用的对象的内容对引用的赋值操作操作它指向的对象的内容（初始化后），而不是引用本身（不改变它指向的位置）对引用的算术运算操作它指向的对象的内容，而不是引用本身（不会改变它指向的位置）在几乎所有的实现中，引用实际上都存储为被引用对象的内存中的地址。因此，它占用的内存大小与目标机器体系结构的地址大小相同，就像指针对象一样

尽管指针和引用的实现方式几乎相同，但编译器对它们的处理方式不同，导致了上述所有差异。

文章

我最近写的一篇文章比我在这里展示的要详细得多，对这个问题非常有帮助，特别是关于记忆中的事情是如何发生的：

数组、指针和引擎罩下的引用深度文章

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。