什么是指针？什么是引用？引用和指针有什么区别？

什么是指针？指针有什么用途？

指针是 C 和 C++等编程语言中的一种特殊的数据类型，它用于存储内存地址。

一、指针的概念和特点

1. 内存地址的存储

指针变量专门用来存放其他变量的内存地址。例如，如果有一个整数变量int num = 10;，那么可以定义一个指向这个整数的指针int* p = #，这里的&num表示变量num的内存地址，而p就是一个指针变量，它存储了num的内存地址。

2. 间接访问

通过指针可以间接访问其所指向的内存地址中的数据。例如，使用*p可以访问指针p所指向的内存地址中的值，在上面的例子中，*p的值就是 10。

3. 指针的等级和所存变量的大小

• 指针是用来存储地址信息的定义指针变量时 *的个数表示指针的等级
• 一级指针存的是普通变量的地址指针所占的空间大小与类型没有关系，只取决于当前的编译环境

4. 口诀

指针变量当中存的是谁的地址 *指针变量就是谁

二、指针的用途

1. 动态内存分配

在程序运行时，可以使用指针和动态内存分配函数（如new（C++）或malloc（C））来分配内存。这对于处理大小在运行时才能确定的数据结构非常有用。

例如，可以使用int* arr = new int[n];动态分配一个包含n个整数的数组。当不再需要这个数组时，可以使用delete[] arr;释放内存。

2. 高效的数据传递

通过传递指针而不是整个数据结构，可以减少函数调用时的数据复制开销，提高程序的性能。

例如，当要传递一个大型数组给函数时，如果传递指针，只需要传递一个地址值，而不是复制整个数组的内容。

3. 实现复杂的数据结构

指针在实现链表、树、图等复杂数据结构中起着关键作用。通过指针可以将多个数据元素链接在一起，形成特定的结构。

例如，在链表中，每个节点包含一个数据部分和一个指向下一个节点的指针。通过这种方式，可以方便地遍历和操作链表中的元素。

4. 多态性（C++中）

在 C++中，指针可以用于实现多态性。通过基类（父类）指针可以指向派生类（子类）对象，从而可以根据实际对象的类型调用相应的函数。

例如，可以定义一个基类指针Base* ptr，它可以指向基类对象或者派生类对象。根据指针实际指向的对象类型，调用不同的虚函数实现多态行为。

5.安全考虑

指针是一种强大的编程工具，但也需要谨慎使用，因为不正确的使用指针可能会导致内存泄漏、悬空指针等问题。

什么是引用？引用有什么用途？

在 C++中，引用是给已存在的对象起的另外一个名字。

一、引用的概念

1. 别名本质

引用不是一个独立的对象，它只是现有对象的另一个名称。一旦引用被初始化指向一个对象，它就不能再指向其他对象。例如：int num = 10; int& ref = num;，这里ref是num的一个引用，对ref的任何操作实际上都是对num进行操作。

2. 与指针的区别

虽然引用在某些方面类似于指针，但它们有很大的不同。引用不是一个存储内存地址的变量，它直接代表所引用的对象。而指针是存储内存地址的变量，需要通过解引用操作（*）来访问所指向的对象。

3.引用的用法和特点

作用：给变量取别名

语法：数据类型 &别名 = 原名；

特点：

• 引用必须初始化，不能初始化为空()
• 引用不能改变引用关系

引用的底层实现：引用的底层是指针常量实现的

4.左值和右值

左值：有名字，能取到地址的就是左值，函数返回值为引用那么返回值为左值

右值：没有名字，取不到地址的是右值，函数返回值不是引用那么返回值为右值

左值引用：只能接收左值：类型& 别名

右值引用：只能接收右值：类型&& 别名

万能引用：既能接收左值也能接收右值：const 类型 &别名。因为万能引用需要使用const所不能通过别名修改变量

二、引用的用途

1. 函数参数传递

引用在函数参数传递中非常有用。当一个函数需要修改传入的参数值时，使用引用可以避免值传递带来的对象复制开销。

例如：

 void fun(int& num) {
         num++;
     }
     int main() {
         int value = 5;
         fun(value);
         cout << value << endl; // 输出 6
         return 0;
     }

在这个例子中，函数fun通过引用接收参数，直接修改了外部变量value的值。

2. 返回值优化

函数可以返回引用，这在需要返回一个大型对象或者需要在多个函数调用之间保持对一个对象的修改时非常有用。

例如：

 int& findElement(int arr[], int size, int index) {
         return arr[index];
     }
     int main() {
         int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
         int& element = findElement(array, 5, 2);
         element = 10;
         cout << array[2] << endl; // 输出 10
         return 0;
     }

这里函数findElement返回一个对数组元素的引用，通过这个引用可以修改数组中的元素。

3. 实现操作符重载

在 C++中，很多操作符重载是通过返回引用实现的。这样可以实现连续的操作，例如cout << a << b << c;，这里的<<操作符重载通常返回一个对cout对象的引用，以便可以连续输出多个值。

例如：

 class MyClass {
 public:
    MyClass& operator+(const MyClass& other) {
         // 实现加法操作并返回结果对象的引用
          return *this;
     }
 };

引用在 C++中提供了一种方便、高效的方式来操作对象，特别是在函数参数传递、返回值和操作符重载等方面有着重要的用途。但在使用引用时，需要注意避免出现悬空引用等错误情况。

引用和指针的区别

引用和指针在 C++中都是与内存地址相关的概念，但它们有以下一些重要区别：

一、定义和语法

1. 引用的定义

引用是一个已有对象的别名。定义引用时必须初始化，且一旦初始化后就不能再绑定到其他对象。

例如：int num = 9; int& ref = num;，这里ref是num的引用。

2. 指针的定义

指针是存储内存地址的变量。可以在定义时初始化，也可以在后续的代码中进行赋值，使其指向不同的内存地址。

例如：int num = 10; int* ptr = &num;，这里ptr是一个指向`num`的指针。

二、内存占用和存储方式

1. 引用的内存占用

引用本身不占用额外的内存空间。它只是已有对象的别名，不存储独立的内存地址。

2. 指针的内存占用

指针本身占用一定的内存空间，具体大小取决于编译器和系统架构，通常是固定的几个字节，用于存储所指向对象的内存地址。

三、操作方式

1. 引用的操作

引用的操作与它所绑定的对象完全一致，就像直接使用对象本身一样。可以对引用进行赋值、取地址等操作，但实际上是对所绑定的对象进行操作。

例如：ref = 20;会直接改变num的值。

2. 指针的操作

指针可以进行解引用（*p）操作来访问所指向的对象，也可以进行指针的算术运算（如p++）来移动指针指向不同的内存地址。此外，指针可以为nullptr，表示不指向任何对象。

四、空值表示

1. 引用不能为 null

引用在定义后必须始终绑定到一个有效的对象，不能为nullptr。

2. 指针可以为 null

指针可以指向一个有效的对象，也可以为`nullptr`，表示不指向任何对象。这在处理动态分配的内存或不确定是否存在有效对象的情况下很有用。

五、函数参数传递

1. 引用作为参数

引用作为函数参数传递时，不会进行对象的复制，而是直接传递对象的引用。这在需要修改函数外部的对象或者传递大型对象时，可以提高效率并避免不必要的复制。

例如：void func(int& arg) { arg++; }，调用这个函数时，实参的值会被修改。

2. 指针作为参数

指针作为函数参数传递时，也是传递地址值，不会进行对象的复制。可以通过指针间接修改所指向的对象。但与引用相比，指针的使用需要更多的小心，以避免出现悬空指针或内存访问错误。

例如：void func(int* arg) { (*arg)++; }，调用这个函数时，也可以修改实参的值。

六、多态性支持

1. 引用支持多态

在 C++中，通过引用可以实现多态性。可以使用基类的引用指向派生类的对象，并根据实际对象的类型调用相应的虚函数。

例如：Base& ref = derived_obj; ref.virtual_func();会根据derived_obj的实际类型调用相应的虚函数。

2. 指针也支持多态

指针同样可以用于实现多态性。通过基类的指针指向派生类的对象，并通过指针调用虚函数实现多态行为。

例如：Base* ptr = &derived_obj; ptr->virtual_func();也会根据derived_obj的实际类型调用相应的虚函数。

引用和指针在 C++中都有各自的用途和特点。引用提供了一种更安全、更直观的方式来操作对象，而指针则提供了更多的灵活性和对内存的直接控制。在使用时，需要根据具体的需求选择合适的方式。