指针变量和引用变量之间的区别是什么?


当前回答

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。

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. 

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。

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。

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。

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。