什么是C++中的指针和引用？它们有什么区别？

八股文_C++基础面试题 0 6

参考回答

在 C++ 中，指针和引用都用于间接访问变量，但它们有一些重要的区别。

指针：指针是一个变量，用来存储另一个变量的内存地址。通过指针，可以间接访问变量的值，也可以修改它。
- 指针可以为空（即不指向任何有效内存地址）。
- 指针可以改变指向的目标。
- 使用指针时需要使用解引用操作符（*）来访问指针指向的值。
引用：引用是某个变量的别名，引用必须在定义时初始化，一旦绑定到某个变量后，不能改变指向的对象。引用本质上是对已有变量的一个别名，操作引用就等同于操作被引用的变量。
- 引用不能为空。
- 引用一旦与某个变量绑定，就不能改变引用的目标。
- 使用引用时，不需要解引用操作符。

详细讲解与拓展

指针的定义与使用
指针是一个存储内存地址的变量，通常用来指向另一个变量。指针的大小通常是固定的（通常是 4 或 8 字节，取决于系统架构）。

示例：
```
int num = 10;
int* ptr = #  // 指针 ptr 存储 num 的地址
*ptr = 20;        // 通过指针修改 num 的值
std::cout << num; // 输出 20
```

在上面的例子中，ptr 是一个指针，指向 num 的地址，使用解引用操作符 * 来修改 num 的值。

引用的定义与使用
引用是一个变量的别名，一旦初始化后就不能改变引用的目标。引用和变量共享同一块内存区域，任何对引用的操作都会直接影响到原始变量。

示例：
```
int num = 10;
int& ref = num;  // ref 是 num 的引用
ref = 20;        // 修改 ref 的值，也会修改 num 的值
std::cout << num; // 输出 20
```

在这个例子中，ref 是 num 的引用，修改 ref 的值就等同于修改 num 的值。

指针和引用的主要区别

空值支持：
- 指针可以为空，表示指针没有指向任何有效地址（例如，nullptr）。
- 引用不能为空，它必须绑定到一个有效的变量。
改变指向的目标：
- 指针可以在程序运行时指向不同的变量，通过改变指针的值来改变它指向的目标。
- 引用一旦初始化后，就不能改变指向的目标，引用始终指向它绑定的变量。
内存和语法：
- 指针变量占用内存，存储地址，并且需要解引用操作符（*）来访问指针指向的内容。
- 引用没有单独的内存空间，操作引用相当于操作原始变量，不需要使用解引用符。

指针与引用的使用场景

指针：
- 常用于动态内存管理（如 new 和 delete）。
- 常用于指向数组或结构体的动态成员。
- 可以通过指针传递数组或复杂的数据结构。
引用：
- 常用于函数参数传递，避免不必要的拷贝。
- 用于函数返回类型，以便返回一个已经存在的对象的引用。
- 在 C++ 中，引用通常比指针更为安全且易于理解。

指针和引用的性能差异

指针：指针通常会涉及到地址的存储和解引用操作。由于指针可能为空，编译器可能需要添加额外的检查，这会影响一些性能。
引用：引用通常作为一个别名使用，不需要额外的内存空间，也不需要解引用操作符，通常更高效，尤其是在传递大对象时。

总结

在 C++ 中，指针和引用都提供了间接访问变量的方式，但它们的行为有所不同。指针是一个存储地址的变量，可以为空并且可以改变指向的目标，而引用是一个变量的别名，一旦绑定就不能改变指向的目标。指针使用起来更加灵活，但也更容易出错；引用更加安全且易于理解，通常在函数参数传递和返回时更为常见。

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