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。

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。

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。

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 */

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

引用永远不能为NULL。