【C++】--指针与引用深入解析和对比

一.指针和引用的概念

指针：指针是一个变量，其值为另一个变量的内存地址。我们可以通过指针来间接访问和修改它所指向的变量的值。

代码语言：javascript

AI代码解释

int main() { int x = 10; int* ptr = &x; // 指针ptr指向x的地址 cout << "x的值: " << x << endl; // 直接访问x cout << "x的地址: " << &x << endl; // 输出x的地址 cout << "ptr的值: " << ptr << endl; // 输出ptr存储的地址（即x的地址） cout << "ptr指向的值: " << *ptr << endl; // 通过指针访问x的值 *ptr = 20; // 通过指针修改x的值 cout << "修改后x的值: " << x << endl; return 0; }

引用：引用是已存在变量的别名，它与被引用的变量共享同一内存地址。引用一旦初始化后，就不能再指向其他变量。

代码语言：javascript

AI代码解释

int main() { int x = 10; int& ref = x; // ref是x的引用（别名） cout << "x的值: " << x << endl; cout << "ref的值: " << ref << endl; cout << "x的地址: " << &x << endl; cout << "ref的地址: " << &ref << endl; // 与x的地址相同 ref = 20; // 通过引用修改x的值 cout << "修改后x的值: " << x << endl; return 0; }

二.指针与引用的核心区别

1. 声明与初始化

指针：使用*声明，可以不初始化（但不推荐），也可以初始化为nullptr

代码语言：javascript

AI代码解释

int* ptr1; // 未初始化的指针（危险） int* ptr2 = nullptr; // 空指针 int x = 5; int* ptr3 = &x; // 指向x的指针

引用：使用&声明，必须在创建时初始化，且不能初始化为nullptr

代码语言：javascript

AI代码解释

int x = 5; int& ref1 = x; // 正确，ref1是x的引用 // int& ref2; // 错误，引用必须初始化 // int& ref3 = nullptr; // 错误，不能将引用初始化为空

2. 可修改性

指针：可以改变指向的对象

代码语言：javascript

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int x = 5, y = 10; int* ptr = &x; ptr = &y; // 指针现在指向y

引用：一旦绑定到某个对象，就不能再绑定到其他对象

代码语言：javascript

AI代码解释

int x = 5, y = 10; int& ref = x; ref = y; // 这是将y的值赋给x，而不是让ref引用y

3. 空值

指针：可以为空（nullptr），表示不指向任何对象

代码语言：javascript

AI代码解释

int* ptr = nullptr; // 空指针

引用：不能为空，必须始终引用一个有效的对象。不存在 "空引用" 的概念

4. 内存占用

指针：需要占用内存空间来存储地址（通常为 4 字节或 8 字节，取决于系统）
引用：在语法层面不占用内存空间，它只是一个别名。编译器通常会使用指针来实现引用，但这是编译器内部的事情，对程序员是透明的。

5. 操作符

指针：使用*运算符访问指向的对象，使用->运算符访问指向对象的成员

代码语言：javascript

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struct Person { string name; int age; }; Person p{"Alice", 30}; Person* ptr = &p; cout << ptr->name << endl; // 使用->访问成员 cout << (*ptr).age << endl; // 先解引用再用.访问成员

引用：直接使用.运算符访问成员，无需解引用

代码语言：javascript

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Person p{"Bob", 25}; Person& ref = p; cout << ref.name << endl; // 直接使用.访问成员

6. 多级访问

指针：支持多级指针（指针的指针）

代码语言：javascript

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int x = 5; int* ptr = &x; int**ptr_ptr = &ptr; // 指向指针的指针 cout << ** ptr_ptr << endl; // 输出5

引用：不支持多级引用，不存在 "引用的引用"

三.指针与引用的共同点

都可以间接访问和修改所指向 / 引用的变量
都可以作为函数参数，实现参数的 "传址" 效果，允许函数修改实参的值
都可以指向 / 引用堆上分配的内存

何时使用指针，何时使用引用？

使用引用的场景：

函数参数传递，尤其是对于大型对象，可以避免拷贝开销，同时不希望参数为 null
函数返回值，当函数需要返回元素或对象成员的访问权时
操作符重载（如operator=），使语法更自然

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AI代码解释

// 引用作为函数参数 void swap(int& a, int& b) { int temp = a; a = b; b = temp; } // 引用作为函数返回值 vector<int> vec = {1, 2, 3}; int& get_element(int index) { return vec[index]; // 返回向量元素的引用 }

使用指针的场景：

需要表示 "空" 的情况（可以使用nullptr）
需要改变指向的目标时
处理动态分配的内存
实现数据结构（如链表、树等）
函数需要返回多个值时（通过指针参数）

代码语言：javascript

AI代码解释

// 指针表示空值 int* find(int* arr, int size, int target) { for (int i = 0; i < size; i++) { if (arr[i] == target) { return &arr[i]; } } return nullptr; // 未找到，返回空指针 } // 动态内存分配 int* create_array(int size) { return new int[size]; // 返回指向新分配数组的指针 }

指针和引用都是 C++ 中用于间接访问变量的重要工具，它们各有特点和适用场景：