令人疑惑的引用和指针

前言

在C++ 11中，新增了一种引用（本文都指左值引用）。从作用上来讲，它和指针类似，都可以用来间接引用对象，他们之间到底有什么异同呢？

引用

在分析之前我们先介绍一下引用。引用为对象起了一个别名。例如：

int a = 1024；
int &b = a;

这里的b就是指向a，相当于a的另外一个名字。b是一个引用，但并非一个对象，同时引用的类型都要和对象的类型严格匹配（在具有继承关系的类中是例外，这里不展开），因此有下面的操作：

int a = 1024；
int &b = a;
int &(&c) = b;      //非法，b在此之前已经是引用，不能定义引用的引用
int &d = 1024;  //非法，引用类型的初始值必须是对象，而不能是字面值
const int &e = 1024 //合法，e为常量引用，只要能够转换成引用的类型，可以使用任何表达式作为初始值
double f = 1.024；
int &g = f;       //非法，类型不匹配

而对引用赋值，实际上是将值赋给了与引用绑定的对象，例如：

int h = 1024；
int &i = h;
i = 256;//将256赋给了h

同时，引用必须被初始化，下面的操作是非法的:

int &j;//非法，没有初始化

指针

学习过C的朋友可能对指针已经比较熟悉了，这里不占用较大篇幅。它存储的是一个地址，地址指向的是一个对象。例如：

int a = 0; //定义变量a
int *ptr = &a;定义int类型指针ptr，它存放变量a的地址

与引用类似，指针也实现了对其他对象的间接访问。同样的，它也要求指针的类型和指向的类型严格匹配。

引用和指针比较

引用不可为空，而指针可以

例如：

int &a; //非法，必须被初始化
int *p;//合法，但如果是非静态的指针变量，将拥有一个不确定的值

声明一个指针变量而不初始化是合法的，但是不建议这么做，原因可参见《被遗忘的初始化》。正因如此，使用引用而非指针作为函数的入参是一个不错的选择，因为引用永远不为空，函数入口也就不需要做过多的检查，引用也就更富效率。

引用不是对象，而指针本身是对象

引用不是对象，它不能被再次赋值，而指针是可以的。例如：

int a = 1024;
int b = 2048;
int &c = a;
int *d = &a;
c = b; //引用C仍然绑定的是a
d = &b;//合法，指针可以指向另外一个对象

也就是说，一旦引用了引用，就没法让它绑定到其他的对象。看起来引用还挺从一而终啊。

另外，可以有指向指针的指针，而不存在引用的引用。因为引用不是对象。

int a = 1024;
int &b = a;
int &&c = b;//非法
int *d = &a;
int **e = &d;//合法

引用指向对象本身，而指针指向的是对象的地址

定义一个指针的时候，编译器为他分配内存，而引用不会单独分配空间。
引用所代表的就是最初绑定的那个对象，因此使用sizeof分别作用于引用和指针时，前者得到的是引用所绑定对象大小，而后者得到的是指针占用空间大小（4或8字节），例如在64位的程序中：

/**假设有以下结构*/
typedef struct INFO
{
    int a;
    int b;
    char c;
}INFO;

INFO info = {0};//定义结构info
INFO &ref = info;//定义引用ref
INFO *ptr = &info;//定义指针ptr
sizeof(ref); //大小为INFO结构体占用空间大小，即12字节
sizeof(ptr); //占用大小为指针占用空间大小，即8字节

引用使用时无需解引用，而指针需要

例如：

int a = 1024;
int &ref = a;
int *p = &a;
ref = 10; //使用引用可直接使用，将所绑定对象的值修改
*p = 11;//使用指针需要解引用

作为参数时的差别

指针作为参数时，看起来是地址传参，实际上仍然传值，即将指针的一个拷贝作为实参，而由于指针指向的是一个对象，因此在函数内可以实现对指针所指向对象的内容进行改变。而引用作为参数时，实际上传递的对象本身，但又不需要拷贝，因为引用绑定的就是对象。

总结

从前面的内容来看，除了使用方法的差异意外，引用似乎像是弱化版的指针，是不是有点像指针常量呢？当然了，当你知道需要指向某个东西，而且绝不对改变其指向时，引用是一个不错的选择。