C++11 之引用与指针

最新推荐文章于 2024-04-03 11:06:46 发布

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分类专栏： C++/C 复习笔记

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本文深入解析C++中的引用和指针概念，对比两者的主要差异，包括左值引用、右值引用、指针的定义与使用，以及初始化、赋值和解引用等关键操作。同时，探讨了指针和引用在间接访问对象时的不同实现细节。

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引用

C++11中新增了一种引用：所谓的“右值引用（rvalue reference）”，这种引用主要用于内置类。严格来说，当我们使用术语“引用（reference）”时，指的其实是“左值引用（lvalue reference）”

引用（reference）为对象起了另外一个名字，引用类型引用（refers to）另外一种类型。通过将声明符写成&d的形式来定义引用类型，其中d是声明的变量名：

    int ival = 1024;
    int &refVal = ival;    //refVal指向ival(是ival的另一个名字)
    int &refVal2;        //报错，引用必须被初始化

一般在初始化变量时，初始值会被拷贝到新建的对象中。然而定义引用时，程序把引用和它的初始值绑定在一起，而不是将初始值拷贝给引用。一旦初始化完成，引用将和它的初始值对象一直绑定在一起。因为无法令引用重新绑定到另外一个对象，因此引用必须初始化。

引用即别名，引用并非对象，相反的，它只是为一个已经存在的对象所起的另外一个名字。
定义了一个引用后，对其进行的所有操作都是在与之绑定的对象上进行的：

    refVal = 2;    //把2复制给refVal指向的对象，此处即是赋给了ival
    int ii = refVal;    //与ii = ival执行结果一样。

为引用赋值，实际上是把值赋给了与引用绑定的对象。获取引用的值，实际上是获取了与引用绑定的对象的值。同理，以引用作为初始值，实际上是以与引用绑定的对象作为初始值。因为引用本身不是一个对象，所以不能定义引用的引用。

允许在一条语句中定义多个引用，其中每个引用标识符都必须以符号&开头：

    in i = 1024, i2 = 2048;    //i和i2都是int
    int &r = i, r2 = i2;    //r是一个引用，与i绑定在一起，r2是int
    int i3 = 1024, &ri = i3;    //i3是int, ri是一个引用，与i3绑定在一起
    int &r3 = i3, &r4 = i2;    //r3和r4都是引用

注意，引用只能绑定在对象上，而不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起。

指针

指针（pointer）是“指向（point to）”，与引用类似，指针也实现了对其他对象的间接访问。然而指针与引用相比又有很多不同点。其一，指针本身就是一个对象，允许对指针赋值和拷贝，而且在指针的生命周期内它可以先后指向几个不同的对象。其二，指针无须在定义时赋初值。和其他内置类型一样，在块作用域内定义的指针如果没有被初始化，也将拥有一个不确定的值。
定义指针类型的方法将声明符写成 *d的形式，其中d是变量名。如果在一条语句中定义了几个指针变量，每个变量前面都必须有符号*：

    int *ip1, *ip2;    // ip1和ip2都是指向int型对象的指针
    double dp, *dp2;    //dp2是指向double型对象的指针，dp是double型对象

获取对象的地址

指针存放某个对象的地址，要想获取该地址，需要是取地址符（操作符&）:

    int ival = 42;
    int *p = &ival;

因为在声明语句中指针的类型实际上被用于指定它所指向对象的类型，所以二者必须匹配。如果指针指向了一个其他类型的对象，对该对象的操作将发生错误。

指针值

指针的值（即地址）应属下列4种状态之一：
1.指向一个对象。
2.指向紧邻对象所占空间的下一个位置。
3.空指针，意味着指针没有指向任何对象。
4.无效指针，也就是上述情况之外的其他值。
试图拷贝或以其他方式无效指针的值都将引发错误。编译器并不负责检查此类错误，这一点和试图使用未经初始化的变量是一样的。访问无效指针的后果无法预计，因此程序员必须清楚任意给定的指针是否有效。

利用指针访问对象

如果指针指向了一个对象，则允许使用解引用符（操作符*）来访问对象。
对指针解引用会得到所指的对象，因此如果给解引用的结果复制，实际上也就是给指针所指的对象赋值： *p = 0；

Note：解引用操作仅适用于那些确实指向了某个对象的有效指针。

空指针

空指针不指向任何对象，在试图使用一个指针之前代码可以首先检查它是否为空。以下列出几个生成空指针的方法：

    int *p1 = nullptr;    //等价于int *p1 = 0; C++11新标准刚刚引入的一种方法
    int *p2 = 0;    //直接将p2初始化为字面常量0
    
    //需要首先include cstdlib
    int *p3 = NULL;        //等价于int *p3 = 0;

当用到一个预处理变量时，预处理器会自动地将它替换为实际值，因此用NULL初始化指针和用0初始化指针是一样的。在新标准下，现在的C++程序最好使用nullptr，同时尽量避免使用NULL。
把int变量直接赋给指针是错误的操作，即使int变量的值恰好等于0也不行。

    int zero = 0;
    pi - zero;    //错误：不能把int变量直接赋给指针

建议：初始化所有指针
使用未经初始化的指针是引发运行时错误的一大原因。
和其他变量一样，访问未经初始化的指针所引发的后果也是无法预计的。通常这一行为将造成程序崩溃，而且一旦崩溃，要想定位到出错位置将是特别棘手的问题。
在大多数编译器环境下，如果使用了未经初始化的指针，则该指针所占内存空间的当前内容将被看作一个地址值。访问该指针，相当于去访问一个本不存在的位置上的本不存在的对象。糟糕的是，如果指针所占内存空间恰好有内容，而这些内容又被当做了某个地址，我们就很难分清它到底是合法的还是非法的了。
因此建议初始化所有的指针，并且在可能的情况下，尽量等定义了对象之后再定义指向它的指针。如果实在不清楚指针应该指向何处，就把它初始化为nullptr或者0，这样程序就能检测并知道它没有指向任何具体的对象。