Pointer(指针)与引用的区别

概念

引用：引用是某个变量的别名，一旦引用被初始化，它就不能再指向其他对象。引用必须在声明时初始化。

int a = 10;
int& ref = a;  // ref 是 a 的引用，ref 就是 a 的别名

指针：指针是存储某个变量地址的变量。指针可以在任何时候指向不同的对象，并且可以为空（即指向 nullptr）。

int a = 10;
int* ptr = &a;  // ptr 是指向 a 的指针，存储 a 的地址

底层实现

尽管 C++ 语法上将引用和指针区分开来，但在底层，引用通常是通过指针或内存地址来实现的。编译器在生成代码时，会将引用转换为指针或内存地址的操作。

2.1 引用作为指针处理

编译器通常会将引用视为指针的别名。这意味着引用在底层实际上是一个指向对象的指针，但编译器对引用进行了语法上的简化，使得程序员不需要显式地解引用。

例如，下面的代码：

int a = 10;
int& ref = a;
ref = 20;

可能会被编译器转换为类似以下的代码：

int a = 10;
int* const ref = &a;  // 引用被实现为指针
*ref = 20;            // 对引用的赋值被转换为对指针解引用的赋值

在这种情况下，ref 在底层被处理为一个指向 a 的指针，ref = 20 实际上是通过 *ref 来修改 a 的值。

引用的内存模型

引用本身并不占用额外的内存空间，它只是在编译时为某个对象创建了一个别名。因此，引用的内存地址与它所引用的对象的内存地址是相同的。

例如，下面的代码：

int a = 10;
int& ref = a;

std::cout << &a << std::endl;   // 输出 a 的地址
std::cout << &ref << std::endl; // 输出 ref 的地址，和 a 一样

输出结果会显示 &a 和 &ref 是相同的地址，因为 ref 实际上是 a 的别名，它们指向同一个内存位置。

可通过该例题更深刻的理解

http://oj.lgwenda.com/problem/15 使用C++的引用，注意提交时把代码选为C++；在主函数定义字符指针 char *p, 然后在子函数内malloc申请空间（大小为100个字节），通过fgets读取字符串，然后在主函数中进行输出；要求子函数使用C++的引用，注意在C++中从标准输入读取字符串，需要使用fgets(p,100,stdin)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void get(char* &i) {
    i = (char*)malloc(100);
    fgets(i,100,stdin);
}

int main() {
    char* p = nullptr;
    get(p);
    printf("%s\n",p);
}

概念

底层实现

2.1 引用作为指针处理

引用的内存模型

可通过该例题更深刻的理解

主要部分内容由chatGPT-4o-mini生成,如有错漏欢迎告知留言