引用和指针

引用和指针

★ 相同点：
1. 都是地址的概念；
    指针指向一块内存，它的内容是所指内存的地址；引用是某块内存的别名。

★ 区别：
1. 指针是一个实体，而引用仅是个别名；
2. 引用使用时无需解引用(*)，指针需要解引用；
3. 引用只能在定义时被初始化一次，之后不可变；指针可变；
    引用“从一而终” ^_^
4. 引用没有 const，指针有 const，const 的指针不可变；
5. 引用不能为空，指针可以为空；
6. “sizeof 引用”得到的是所指向的变量(对象)的大小，而“sizeof 指针”得到的是指针本身(所指向的变量或对象的地址)的大小；
    typeid(T) == typeid(T&) 恒为真，sizeof(T) == sizeof(T&) 恒为真，但是当引用作为成员时，其占用空间与指针相同（没找到标准的规定）。
7. 指针和引用的自增(++)运算意义不一样；

★ 联系
1. 引用在语言内部用指针实现（如何实现？）。
2. 对一般应用而言，把引用理解为指针，不会犯严重语义错误。引用是操作受限了的指针（仅容许取内容操作）。

 

在下列函数声明中，为什么要同时使用*和&符号？以及什么场合使用这种声明方式? 　 

　　 void func1( MYCLASS *&pBuildingElement ); 

　　 论坛中经常有人问到这样的问题。本文试图通过一些实际的指针使用经验来解释这个问题。 

　　 仔细看一下这种声明方式，确实有点让人迷惑。在某种意义上，"*"和"&"是意思相对的两个东西，把它们放在一起有什么意义呢？。为了理解指针的这种做法，我们先复习一下C/C++编程中无所不在的指针概念。我们都知道MYCLASS*的意思：指向某个对象的指针，此对象的类型为MYCLASS。 void func1(MYCLASS *pMyClass); 　 

　　// 例如： MYCLASS* p = new MYCLASS; 

　　 func1(p); 

　　 上面这段代码的这种处理方法想必谁都用过，创建一个MYCLASS对象，然后将它传入func1函数。现在假设此函数要修改pMyClass： void func1(MYCLASS *pMyClass) 

　　 { 
　　 DoSomething(pMyClass); 
　　 pMyClass = // 其它对象的指针 
　　 }　 

　　 第二条语句在函数过程中只修改了pMyClass的值。并没有修改调用者的变量p的值。如果p指向某个位于地址0x008a00的对象，当func1返回时，它仍然指向这个特定的对象。（除非func1有bug将堆弄乱了，完全有这种可能。） 

　　现在假设你想要在func1中修改p的值。这是你的权利。调用者传入一个指针，然后函数给这个指针赋值。以往一般都是传双指针，即指针的指针，例如，CMyClass**。 MYCLASS* p = NULL; 

　　 func1(&p); 
　　 void func1(MYCLASS** pMyClass); 
　　 { 
　　 *pMyClass = new MYCLASS; 
　　 …… 
　　 }　　 

　　调用func1之后，p指向新的对象。在COM编程中，你到处都会碰到这样的用法--例如在查询对象接口的QueryInterface函数中： 
interface ISomeInterface { 
　　 HRESULT QueryInterface(IID &iid, void** ppvObj); 
　　 …… 
　　 }; 
　　 LPSOMEINTERFACE p=NULL; 
　　 pOb->QueryInterface(IID_SOMEINTERFACE, &p);　　 

　　 此处，p是SOMEINTERFACE类型的指针，所以&p便是指针的指针，在QueryInterface返回的时候，如果调用成功，则变量p包含一个指向新的接口的指针。 

　　 如果你理解指针的指针，那么你肯定就理解指针引用，因为它们完全是一回事。如果你象下面这样声明函数： 

　　 void func1(MYCLASS *&pMyClass); 
　　 { 
　　 pMyClass = new MYCLASS; 
　　 …… 
　　 }　　 

　　 其实，它和前面所讲得指针的指针例子是一码事，只是语法有所不同。传递的时候不用传p的地址&p，而是直接传p本身：　　 

　　 MYCLASS* p = NULL; 
　　 func1(p);　　 

　　 在调用之后，p指向一个新的对象。一般来讲，引用的原理或多或少就象一个指针，从语法上看它就是一个普通变量。所以只要你碰到*&，就应该想到**。也就是说这个函数修改或可能修改调用者的指针，而调用者象普通变量一样传递这个指针，不使用地址操作符&。 

　　 至于说什么场合要使用这种方法，我会说，极少。MFC在其集合类中用到了它--例如，CObList，它是一个CObjects指针列表。 
class CObList : public CObject { 
　　 …… 
　　 // 获取/修改指定位置的元素 
　　 CObject*& GetAt(POSITION position); 
　　 CObject* GetAt(POSITION position) const; 
　　 };　　 

　　这里有两个GetAt函数，功能都是获取给定位置的元素。区别何在呢？ 

　　区别在于一个让你修改列表中的对象，另一个则不行。所以如果你写成下面这样： CObject* pObj = mylist.GetAt(pos);　　 

　　则pObj是列表中某个对象的指针，如果接着改变pObj的值： pObj = pSomeOtherObj; 

　　这并改变不了在位置pos处的对象地址，而仅仅是改变了变量pObj。但是，如果你写成下面这样： CObject*& rpObj = mylist.GetAt(pos);　　 

　　 现在，rpObj是引用一个列表中的对象的指针，所以当改变rpObj时，也会改变列表中位置pos处的对象地址--换句话说，替代了这个对象。这就是为什么CObList会有两个GetAt函数的缘故。一个可以修改指针的值，另一个则不能。注意我在此说的是指针，不是对象本身。这两个函数都可以修改对象，但只有*&版本可以替代对象。 

　　 在C/C++中引用是很重要的，同时也是高效的处理手段。所以要想成为C/C++高手，对引用的概念没有透彻的理解和熟练的应用是不行的。

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    引用（reference）是c++的初学者比较容易迷惑的概念。下面我们比较详细地讨论引用。

一、引用的概念
    引用引入了对象的一个同义词。定义引用的表示方法与定义指针相似，只是用&代替了*。例如：

    Point pt1(10,10);
    Point &pt2=pt1;

    定义了pt2为pt1的引用。通过这样的定义，pt1和pt2表示同一对象。需要特别强调的是引用并不产生对象的副本，仅仅是对象的同义词。因此，当下面的语句执行后：
    pt1.offset（2，2）；
    pt1和pt2都具有（12，12）的值。引用必须在定义时马上被初始化，因为它必须是某个东西的同义词。你不能先定义一个引用后才初始化它。例如下面语句是非法的：
    Point &pt3；
    pt3=pt1；
    那么既然引用只是某个东西的同义词，它有什么用途呢？下面讨论引用的两个主要用途：作为函数参数以及从函数中返回左值。

二、引用参数
1、传递可变参数
    传统的c中，函数在调用时参数是通过值来传递的，这就是说函数的参数不具备返回值的能力。所以在传统的c中，如果需要函数的参数具有返回值的能力，往往是通过指针来实现的。比如，实现两整数变量值交换的c程序如下：
void swapint(int *a,int *b)
{
int temp;
temp=*a;
a=*b;
*b=temp;
}

使用引用机制后，以上程序的c++版本为：
void swapint(int &a,int &b)
{
int temp;
temp=a;
a=b;
b=temp;
}
调用该函数的c++方法为：swapint（x,y); c++自动把x,y的地址作为参数传递给swapint函数。

2、给函数传递大型对象
    当大型对象被传递给函数时，使用引用参数可使参数传递效率得到提高，因为引用并不产生对象的副本，也就是参数传递时，对象无须复制。下面的例子定义了一个有限整数集合的类： 
const maxCard=100; 
Class Set 
{
int elems[maxCard]; // 集和中的元素，maxCard 表示集合中元素个数的最大值。 
int card; // 集合中元素的个数。 
public:
Set () {card=0;} //构造函数
friend Set operator * (Set ,Set ) ; //重载运算符号*，用于计算集合的交集 用对象作为传值参数
// friend Set operator * (Set & ,Set & ) 重载运算符号*，用于计算集合的交集 用对象的引用作为传值参数 
...
}

先考虑集合交集的实现
Set operator *( Set Set1,Set Set2)
{
Set res;
for(int i=0;i<Set1.card;++i)
for(int j=0;j>Set2.card;++j)
if(Set1.elems[i]==Set2.elems[j])
{
res.elems[res.card++]=Set1.elems[i];
break;
}
return res;
}

    由于重载运算符不能对指针单独操作，我们必须把运算数声明为 Set 类型而不是 Set * 。每次使用*做交集运算时，整个集合都被复制，这样效率很低。我们可以用引用来避免这种情况。
Set operator *( Set &Set1,Set &Set2)
{ Set res;
for(int i=0;i<Set1.card;++i)
for(int j=0;j>Set2.card;++j)
if(Set1.elems[i]==Set2.elems[j])
{
res.elems[res.card++]=Set1.elems[i];
break;
}
return res;
}

三、引用返回值
    如果一个函数返回了引用，那么该函数的调用也可以被赋值。这里有一函数，它拥有两个引用参数并返回一个双精度数的引用：
double &max(double &d1,double &d2)
{
return d1>d2?d1:d2;
}
    由于max()函数返回一个对双精度数的引用，那么我们就可以用max() 来对其中较大的双精度数加1：
max(x,y)+=1.0

C++引用与指针的比较 
    引用是C++中的概念，初学者容易把引用和指针混淆一起。 以下程序中，n是m的一个引用（reference），m是被引用物（referent）。 
int m; 
int &n = m; 
    n相当于m的别名（绰号），对n的任何操作就是对m的操作。 所以n既不是m的拷贝，也不是指向m的指针，其实n就是m它自己。 
引用的规则： 
（1）引用被创建的同时必须被初始化（指针则可以在任何时候被初始化）。 
（2）不能有NULL引用，引用必须与合法的存储单元关联（指针则可以是NULL）。 
（3）一旦引用被初始化，就不能改变引用的关系（指针则可以随时改变所指的对象）。

 
    以下示例程序中，k被初始化为i的引用。 语句k = j并不能将k修改成为j的引用，只是把k的值改变成为6。 由于k是i的引用，所以i的值也变成了6。 
int i = 5; 
int j = 6; 
int &k = i; 
k = j; // k和i的值都变成了6; 
    引用的主要功能是传递函数的参数和返回值。 C++语言中，函数的参数和返回值的传递方式有三种：值传递、指针传递和引用传递。

 
    以下是"值传递"的示例程序。 由于Func1函数体内的x是外部变量n的一份拷贝，改变x的值不会影响n, 所以n的值仍然是0。 
void Func1(int x) 
{ 
x = x + 10; 
} 
... 
int n = 0; 
Func1(n); 
cout << "n = " << n << endl; // n = 0

以下是"指针传递"的示例程序。 由于Func2函数体内的x是指向外部变量n的指针，改变该指针的内容将导致n的值改变，所以n的值成为10。 
void Func2(int *x) 
{ 
(* x) = (* x) + 10; 
} 
... 
int n = 0; 
Func2(&n); 
cout << "n = " << n << endl; // n = 10 

以下是"引用传递"的示例程序。 由于Func3函数体内的x是外部变量n的引用，x和n是同一个东西，改变x等于改变n，所以n的值成为10。 
void Func3(int &x) 
{ 
x = x + 10; 
} 
... 
int n = 0; 
Func3(n); 
cout << "n = " << n << endl; // n = 10 

    对比上述三个示例程序，会发现"引用传递"的性质象"指针传递"，而书写方式象"值传递"。 实际上"引用"可以做的任何事情"指针"也都能够做，为什么还要"引用"这东西？ 答案是"用适当的工具做恰如其分的工作"。 
    指针能够毫无约束地操作内存中的任何东西，尽管指针功能强大，但是非常危险。 如果的确只需要借用一下某个对象的"别名"，那么就用"引用"，而不要用"指针"，以免发生意外