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。

除了语法糖，引用是常量指针（而不是指向常量的指针）。在声明引用变量时，必须确定它所指的内容，以后不能更改它。

更新：现在我再考虑一下，有一个重要的区别。

常量指针的目标可以通过获取其地址并使用常量转换来替换。

引用的目标不能以UB以外的任何方式替换。

这应该允许编译器对引用进行更多优化。

将指针视为名片：

它让你有机会联系某人它可以是empy它可能包含错误或过时的信息你不确定上面提到的某人还活着你不能直接与卡片通话，你只能用它打电话给某人也许有很多这样的卡片

将推荐人视为与某人的主动通话：

你很确定你联系过的人还活着您可以直接通话，无需额外通话你很确定你不会和一个空地方或一块垃圾说话你不能确定你是唯一一个当前正在与此对象交谈的人

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。

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 */