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= C++引用VS指针 =

== 介绍 ==
在C++中，'''引用'''（Reference）和'''指针'''（Pointer）都是间接访问变量的机制，但它们有不同的语法、行为和使用场景。理解它们的区别对于编写高效、安全的C++代码至关重要。

* '''引用'''是变量的别名，必须在声明时初始化，且不能重新绑定到其他变量。
* '''指针'''是一个存储内存地址的变量，可以重新指向不同的地址，也可以为`nullptr`。

== 基本语法对比 ==

=== 引用 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
int x = 10;
int& ref = x;  // ref是x的引用
ref = 20;      // 修改ref等同于修改x
</syntaxhighlight>

=== 指针 ===
<syntaxhighlight lang="cpp">
int x = 10;
int* ptr = &x; // ptr存储x的地址
*ptr = 20;     // 通过指针修改x的值
ptr = nullptr; // 指针可以置空
</syntaxhighlight>

== 关键区别 ==
{| class="wikitable"
|+ 引用与指针对比
! 特性 !! 引用 !! 指针
|-
| 初始化 | 必须初始化 | 可以不初始化
|-
| 可重新绑定 | 不能重新绑定 | 可以重新指向
|-
| 空值 | 不能为`nullptr` | 可以为`nullptr`
|-
| 内存占用 | 通常不占用额外内存（编译器优化） | 占用指针大小的内存（如4/8字节）
|-
| 间接访问 | 自动解引用 | 需显式使用`*`或`->`
|}

== 内存模型 ==
<mermaid>
flowchart LR
    subgraph 引用
    A[x: 10] --> B[ref]
    end
    subgraph 指针
    C[x: 10] --> D[ptr] --> C
    end
</mermaid>

== 实际应用场景 ==

=== 函数参数传递 ===
引用更安全，适合不需要重新绑定的场景：
<syntaxhighlight lang="cpp">
void swap(int& a, int& b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}
</syntaxhighlight>

指针更灵活，适合可能为空的场景：
<syntaxhighlight lang="cpp">
void print(int* ptr) {
    if (ptr) cout << *ptr; // 检查空指针
}
</syntaxhighlight>

=== 返回值优化 ===
引用常用于运算符重载：
<syntaxhighlight lang="cpp">
class Vector {
    int data[100];
public:
    int& operator[](size_t index) { 
        return data[index]; 
    }
};
</syntaxhighlight>

== 高级主题 ==

=== 引用折叠（C++11） ===
在模板和`auto`推导中涉及引用折叠规则：
<math>
\begin{align}
T\&\ \&\ &\Rightarrow\ T\& \\
T\&\ \&\&\ &\Rightarrow\ T\& \\
T\&\&\ \&\ &\Rightarrow\ T\& \\
T\&\&\ \&\&\ &\Rightarrow\ T\&\&
\end{align}
</math>

=== 指针算术 ===
指针支持算术运算，引用不支持：
<syntaxhighlight lang="cpp">
int arr[3] = {1, 2, 3};
int* p = arr;
p++; // 指向arr[1]
</syntaxhighlight>

== 性能考虑 ==
在大多数情况下，引用和指针的底层实现相同，但引用：
* 可能被编译器优化掉
* 没有空值检查开销
* 语法更简洁

== 总结 ==
* 优先使用引用：当不需要重新绑定/null语义时
* 必须使用指针：当需要动态内存管理或可选参数时
* 现代C++中，引用和智能指针（如`std::unique_ptr`）的组合可以替代许多原始指针的使用场景

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