指针变量和引用变量之间的区别是什么?


当前回答

它占用多少空间并不重要,因为你实际上看不到它占用的任何空间的任何副作用(不执行代码)。

另一方面,引用和指针之间的一个主要区别是,分配给常量引用的临时变量在常量引用超出范围之前一直有效。

例如:

class scope_test
{
public:
    ~scope_test() { printf("scope_test done!\n"); }
};

...

{
    const scope_test &test= scope_test();
    printf("in scope\n");
}

将打印:

in scope
scope_test done!

这是允许ScopeGuard工作的语言机制。

其他回答

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;
}

虽然引用和指针都用于间接访问另一个值,但引用和指针之间有两个重要的区别。第一个是引用总是引用一个对象:在没有初始化引用的情况下定义引用是错误的。赋值行为是第二个重要区别:赋值给引用会更改引用绑定的对象;它不会将引用重新绑定到另一个对象。初始化后,引用始终引用同一基础对象。

考虑这两个程序片段。首先,我们将一个指针分配给另一个指针:

int ival = 1024, ival2 = 2048;
int *pi = &ival, *pi2 = &ival2;
pi = pi2;    // pi now points to ival2

在赋值ival之后,pi所寻址的对象保持不变。赋值会更改pi的值,使其指向不同的对象。现在考虑一个分配两个引用的类似程序:

int &ri = ival, &ri2 = ival2;
ri = ri2;    // assigns ival2 to ival

此赋值更改了ri引用的值ival,而不是引用本身。赋值后,两个引用仍然引用其原始对象,并且这些对象的值现在也相同。

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. 

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。