C/C++ 引用和指针的区别及使用场景

C和C++中的引用(reference)和指针(pointer)都是用于间接访问变量的工具,但它们之间存在一些关键的区别和使用场景。

一、什么是引用(Reference)?

引用是只有在C++中才存在的概念,C语言是没有引用的。
定义:引用是变量的别名,换句话说,就是为其起一个外号。一旦引用被初始化为一个变量,就不能再被改变为另一个变量的引用。
初始化:引用必须在定义时初始化,并且一旦初始化后,其值(即它所引用的变量)就不能再改变。
解引用:引用不需要解引用操作符(如*),它直接表示它所引用的变量的值。
赋值:通过引用可以修改它所引用的变量的值。
内存:引用不占用额外的内存空间(除了它引用的变量本身的内存)。

1、案例:

#include <iostream>using namespace std;int main(void)
{int a = 100;int &b = a;// 输出值cout << a << endl;cout << b << endl;// 值加一a++;// 输出值cout << a << endl;cout << b << endl;// 输出地址cout << &a << endl;cout << &b << endl;return 0;
}

输出如下:

100
100
101
101
0xd0df3ff8f4
0xd0df3ff8f4

通过上面案例可以看到变量a和a的引用b的地址是一样的,并且变量a的值改变,引用b随之而变。

2、使用场景:

  • 函数参数传递:当你想确保函数内部对参数的修改能够反映到原始变量上时,可以使用引用。这通常用于输出参数或需要修改传入参数的情况。
  • 避免拷贝开销:与指针类似,引用也可以用于避免大型对象的拷贝开销。当对象作为函数参数传递或通过函数返回时,使用引用可以避免不必要的拷贝。
  • 支持操作符重载:在重载操作符时,引用可以使得操作符的使用看起来更像内置类型。例如,重载+操作符时,可以使用引用来允许连续的操作,如a = b + c + d。
  • 提供清晰的接口:在某些情况下,使用引用可以使得函数接口更加直观和易于理解。例如,一个名为swap的函数,通过引用交换两个变量的值,其意图非常明确。
  • 引用比指针更安全:由于引用必须在声明时被初始化,并且之后不能再改变所引用的对象,因此它们在某些情况下比指针更安全。你不需要担心引用会被重新赋值为指向另一个对象或空指针。

二、什么是指针(Pointer)?

定义:指针是一个变量,其值为另一个变量的地址;
初始化:指针可以在定义时初始化,也可以稍后初始化。
解引用:通过解引用操作符(*)可以访问指针所指向的变量的值。
赋值:指针的值(即它所指向的地址)可以改变,但解引用后访问的变量值也可以被改变。
内存:指针本身占用内存空间,其大小为平台相关(通常是几个字节)。

1、案例:

#include <iostream>
using namespace std;int main(void)
{int a = 100;int *p = &a; // p是一个指针,指向a的地址// 输出值cout << a << endl;cout << *p << endl; // *p表示p指向的地址的值,即a的值// 值加一(*p)++; // 通过指针修改a的值// 输出值cout << a << endl;cout << *p << endl;// 输出地址cout << &a << endl;cout << p << endl; // p的值就是&a,即a的地址return 0;
}

输出如下:

100
100
101
101
0x49a83ffba4
0x49a83ffba4

2、使用场景:

  • 动态内存分配:指针常用于动态内存分配,如使用new和delete操作符来在堆上创建和销毁对象。指针可以指向动态分配的内存块,并在不再需要时释放它。
  • 数据结构的构建:在构建如链表、树和图等复杂数据结构时,指针是不可或缺的。它们用于连接数据结构的各个部分,如链表中的节点。
  • 函数参数传递:当需要传递大型对象或数据结构到函数中,但又不想进行昂贵的拷贝操作时,可以使用指针。函数可以通过指针直接访问原始数据,从而节省资源并提高效率。
  • 实现高级功能:指针可以用于实现诸如函数指针(用于回调函数或策略模式)、数组的动态分配和调整大小等高级功能。
  • 兼容性与C语言互操作:在与C语言代码互操作时,指针是必不可少的,因为C语言没有引用的概念。

三、引用与指针的区别

引用是在概念上定义一个变量的别名,而指针是存储一个变量的地址。
引用必须从一而终,不能再指向其他数据;指针可以随意改变指向。
引用在定义时必须初始化,而指针是最好初始化,不初始化也不会报错。
指针可以有多级,引用不可以。
存在空指针,但是不存在空引用。

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