C++ 指针与引用

目录

指针和引用的区别是什么？

1. 定义和语法

2. 内存地址

3. 空指针/空引用

4. 重新绑定

5. 运算符

6. 数组与动态内存

7. sizeof

何时使用指针，何时使用引用？

1. 使用引用的场景

2. 使用指针的场景

总结

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指针和引用的区别是什么？

1. 定义和语法

• 指针：指针是一个变量，存储另一个变量的地址，可以指向任意内存位置。

int a = 10;
int* ptr = &a; // ptr 是指向 a 的指针

• 引用：引用是某个变量的别名，在定义后必须初始化，且一旦绑定到某个对象，就不能改变。

int a = 10;
int& ref = a; // ref 是 a 的引用

2. 内存地址

• 指针：指针是一个变量，它存储一个内存地址，使用时可以修改指向的对象。

int a = 10;
int* ptr = &a;
ptr = nullptr; // 可以指向 nullptr 或其他对象

• 引用：引用本质上是某个对象的别名，它直接绑定到对象，不能修改引用所指向的对象。

int a = 10;
int& ref = a;
// ref 不能重新绑定到其他对象

3. 空指针/空引用

• 指针：指针可以为空，即可以指向 nullptr（C++11 引入）或 NULL。

int* ptr = nullptr; // 指针可以为空

• 引用：引用不能为空，必须绑定到一个有效的对象。没有“空引用”的概念，必须确保引用始终有效。

4. 重新绑定

• 指针：指针可以在程序运行期间改变指向的对象。

int a = 10, b = 20;
int* ptr = &a;
ptr = &b; // 可以重新指向 b

• 引用：引用在初始化后不能更改绑定的对象。

int a = 10, b = 20;
int& ref = a;
// ref = &b; // 错误，引用不能重新绑定

5. 运算符

• 指针：指针有专门的运算符 *（解引用） 和 &（取地址）。你需要通过 * 来访问指针指向的值。

int a = 10;
int* ptr = &a;
*ptr = 20; // 修改 a 的值为 20

• 引用：引用本质上是变量的别名，不需要使用运算符就可以直接访问对象。

int a = 10;
int& ref = a;
ref = 20; // 修改 a 的值为 20

6. 数组与动态内存

• 指针：指针可以指向动态分配的内存，也可以遍历数组或指向对象数组的某个元素。

int* arr = new int[5]; // 指针可以指向动态分配的内存
arr[0] = 1;
delete[] arr; // 手动释放动态分配的内存

• 引用：引用不能用于指向动态分配的内存或遍历数组。引用通常只适用于栈上的对象。

7. sizeof

• 指针：sizeof 指针返回的是指针自身的大小（一般是 4 或 8 个字节，取决于系统架构），而不是指针指向的对象的大小。

int* ptr;
std::cout << sizeof(ptr); // 输出指针的大小

• 引用：引用本质上是对象的别名，sizeof 引用返回的是引用所指对象的大小。

int a = 10;
int& ref = a;
std::cout << sizeof(ref); // 输出 a 的大小

何时使用指针，何时使用引用？

1. 使用引用的场景

• 简单的别名：当你不需要更改对象的引用关系，仅仅是为了给某个对象一个别名时，使用引用。

int a = 10;
int& ref = a; // ref 是 a 的别名

• 参数传递：当函数需要修改参数值或避免不必要的拷贝时，使用引用传递参数。

void modify(int& x) {
    x = 20;
}
int a = 10;
modify(a); // a 被修改为 20

• 常量引用：当你需要传递一个大对象但不希望修改它时，使用常量引用来避免拷贝。

void print(const std::string& str) {
    std::cout << str;
}

2. 使用指针的场景

• 动态内存管理：当你需要在堆上分配和管理内存时，使用指针。

int* ptr = new int(10);
delete ptr; // 需要手动释放内存

• 可能为空的对象：如果对象可能为空或者不存在时，使用指针可以表示“无对象”状态（通过 nullptr 或 NULL）。

int* ptr = nullptr; // 指针可以为空

• 指向不同对象：如果你需要让变量在程序运行中指向不同的对象或资源时，使用指针。

int a = 10, b = 20;
int* ptr = &a;
ptr = &b; // 可以让指针指向不同对象

• 数组或集合遍历：指针经常用于遍历数组或集合，尤其是在低级别操作或与 C 接口交互时。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* ptr = arr;
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    std::cout << *(ptr + i);
}

总结

• 引用：适用于不需要改变引用对象、参数传递、常量传递等场景，简洁、安全且高效。
• 指针：适用于动态内存管理、可以为空的对象、多态（如通过基类指针操作子类对象）、指向不同对象或数组遍历等场景。指针灵活但需要小心内存管理和空指针问题。