指针和引用

1. 指针（pointer）

1.1 定义

指针（pointer）本质上是指向(point to)其他对象的对象，其内存中存储的是地址，可以通过解引用操作间接的去访问其指向内存对象（如果指针中存储的是一个有效的地址）

1.2 初始化和赋值

指针无需在定义时初始化，并且可以随时指向其他对象，因此在使用指针前，需要对其进行有效性检查，否则可能会访问无效指针

1.3 指针的值

指针的值有四种可能
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，即没有指向任何对象
4. 无效指针

1.4 void*

void* 指针可以指向任意类型的对象，但不能直接操作其指向的对象

1.5 const和指针

1. 指针常量（T* const p）是一个指针类型的常量，在定义时必须初始化，并且该指针在初始化指向某一对象后不能在指向其他对象了，但可以通过指针去改变其所指向的对象的值
2. 常量指针（const T* p）是一个指向“常量对象”的指针，即不能通过该指针对改变其指向对象的值，但该指针可以指向其他对象。可以让一个常量指针指向一个非常量对象，但常量对象只能由常量对象指向

1.6 类型匹配

指针的类型必须与其所指向对象的类型严格匹配，但有两个例外：

• 常量指针（const T*）可以用任意表达式进行赋值，只要改表达式的旳值能转化成该指针的类型（T）即可，如非常量对象、字面值

int i = 24;
const int* p1 = i; // ok
const int* p2 = 0x24; // ok 指向一个地址为0x24的int型临时对象上
int* p3 = 24  // error

const char* p4 = "hello world" // ok 指向一个内容为"hello world"的char* 型临时对象上
char* p4 = "hello world"  // error

• 可以让一个基类指针指向派生类对象

class Base
{
    ...
};

class Derived : pulic Base
{
    ...
}

Base* p = new Derived();

2 引用（reference）

2.1 定义

引用（reference）是其所绑定对象的别名，操作引用相当于直接操作其引用的对象

2.2 初始化和赋值

引用在定义时必须初始化，即将该引用与一个对象绑定，并且该引用在其生命周期内不能在绑定其它对象

2.3 const和引用

1. 由于引用在其生命周期内只能绑定一个对象，所以其天然具有常量性，所以也没有引用常量这个说法
2. 常量引用（const T& ）是一个对“常量对象”的引用，即不能通过该引用去修改其引用对象的值

2.4 类型匹配

引用的类型必须与其所引用对象的类型严格匹配，但有两个例外：

• 常量引用（const T&）初始化时可以用任意表达式作为初始值，只要改表达式的旳值能转化成该引用的类型（T）即可，如非常量对象、字面值

int i = 24;
const int& r1 = i; // ok
const int& r2 = 24; // ok 绑定到一个值为24的int型临时对象上
int& r3 = 24  // error

double d = 24.0;
const int& r4 = d // ok 绑定到一个值为24的int型临时对象上
const int& r5 = 24.0 // ok 绑定到一个值为24的int型临时对象上
int& r5 = d  // error

• 可以将一个派生类的对象绑定到一个基类引用上

class Base
{
    ...
};

class Derived : pulic Base
{
    ...
}

Derived derived;
Base& p = derived;

3. 区别

1. 引用一个对象的别名；指针是存有其他对象地址的对象
2. 引用在定义时必须初始化；指针不必
3. 引用在初始化时绑定一个对象后，在其生命周期内不可以再绑定到其它的对象；指针在其生命周期内可以任意修改其值
4. 在使用引用前不用对其进行有效性检查；指针必须对进行有效性检查
5. 不存在引用的引用，即多级引用；存在指针的指针，即多级指针
6. 不存在引用常量；存在指针常量
7. 引用和指针的算术运算的意义不同

4. 引用的底层实现

C++标准中没有规定引用是如何实现的，这个工作交给了编译器，然而大多数编译器（VS和GCC）使用了指针常量去实现引用，即引用是指针的语法糖(syntactic sugar)，只不过对使用者隐藏了实现细节

The C++ standard is very careful to avoid dictating how a compiler must implement references, but every C++ compiler implements references as pointers. That is, a declaration such as:
int &ri = i;
if it’s not optimized away entirely, allocates the same amount of storage as a pointer, and places the address of i into that storage.

int i = 24;

int &r = i; 
等价于 
int* const r = &i 

r = 25; 
等价于 
*r = 25

5. Reference

1. https://stackoverflow.com/questions/57483/what-are-the-differences-between-a-pointer-variable-and-a-reference-variable-in

2. https://www.cnblogs.com/chenhuan001/p/6702934.html

3. http://blog.youkuaiyun.com/Mind_V/article/details/78619163