C++ 引用vs 指针

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

int x = 10;
int& ref = x;  // ref是x的引用
ref = 20;      // 修改ref等同于修改x

指针

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

关键区别

引用与指针对比

特性	引用	指针
必须初始化 | 可以不初始化
不能重新绑定 | 可以重新指向
不能为`nullptr` | 可以为`nullptr`
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）
自动解引用 | 需显式使用`*`或`->`

内存模型

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：

void swap(int& a, int& b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

指针更灵活，适合可能为空的场景：

void print(int* ptr) {
    if (ptr) cout << *ptr; // 检查空指针
}

返回值优化

引用常用于运算符重载：

class Vector {
    int data[100];
public:
    int& operator[](size_t index) { 
        return data[index]; 
    }
};

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： $\begin{array}{rl}T\mathrm{\&}\mathrm{\&}& \Rightarrow T\mathrm{\&}\\ T\mathrm{\&}\mathrm{\&}\mathrm{\&}& \Rightarrow T\mathrm{\&}\\ T\mathrm{\&}\mathrm{\&}\mathrm{\&}& \Rightarrow T\mathrm{\&}\\ T\mathrm{\&}\mathrm{\&}\mathrm{\&}\mathrm{\&}& \Rightarrow T\mathrm{\&}\mathrm{\&}\end{array}$

指针算术

指针支持算术运算，引用不支持：

int arr[3] = {1, 2, 3};
int* p = arr;
p++; // 指向arr[1]

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