指针变量和引用变量之间的区别是什么?


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指针和引用之间有一个根本的区别,我没有看到任何人提到过:引用支持函数参数中的引用传递语义。指针,虽然它最初不可见,但它不可见:它们只提供值传递语义。这在本文中得到了很好的描述。

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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。

不同之处在于,非常量指针变量(不要与指向常量的指针混淆)可能会在程序执行过程中的某个时间发生更改,需要使用指针语义(&,*)运算符,而引用只能在初始化时设置(这就是为什么您只能在构造函数初始化器列表中设置它们,但不能以其他方式设置它们),并使用普通值访问语义。基本上,引用是为了支持运算符重载而引入的,正如我在一些非常古老的书中所读到的那样。正如有人在这个线程中所说的,指针可以设置为0或任何您想要的值。0(NULL,nullptr)表示指针初始化为空。取消引用空指针是错误的。但实际上,指针可能包含一个不指向某个正确内存位置的值。反过来,引用试图不允许用户初始化对某个无法引用的对象的引用,因为您总是向其提供正确类型的右值。尽管有很多方法可以将引用变量初始化到错误的内存位置,但最好不要深入了解细节。在机器级,指针和参考都通过指针统一工作。让我们假设在基本参考中是句法糖。rvalue引用与此不同,它们自然是堆栈/堆对象。

简言之

指针:指针是保存另一个变量的内存地址的变量。指针需要使用*运算符解引用以访问它所指向的内存位置。-摘自Geeks for Geeks

引用:引用变量是别名,即现有变量的另一个名称。引用(如指针)也通过存储对象的地址来实现。-摘自极客对极客

另一张图片了解更多详情:

我总是根据C++核心指南中的这条规则来决定:

当“无参数”是有效选项时,优先选择T*而不是T&

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。