C++中的指针与引用

1、指针和引用的定义
指针---对于一个类型T，T*就是指向T的指针类型，也即一个T*类型的变量能够保存一个T对象的地址，而类型T是可以加一些限定词的，如const、volatile等等。见下图，所示指针的含义：


引用---引用是一个对象的别名，主要用于函数参数和返回值类型，符号X&表示X类型的引用。见下图，所示引用的含义：


2、指针和引用的区别
首先，引用不可以为空，但指针可以为空。前面也说过了引用是对象的别名，引用为空——对象都不存在，怎么可能有别名！故定义一个引用的时候，必须初始化。因此如果你有一个变量是用于指向另一个对象，但是它可能为空，这时你应该使用指针；如果变量总是指向一个对象，i.e.，你的设计不允许变量为空，这时你应该使用引用。如下图中，如果定义一个引用变量，不初始化的话连编译都通不过（编译时错误）：


而声明指针是可以不指向任何对象，也正是因为这个原因，使用指针之前必须做判空操作，而引用就不必。
其次，引用不可以改变指向，对一个对象"至死不渝"；但是指针可以改变指向，而指向其它对象。说明：虽然引用不可以改变指向，但是可以改变初始化对象的内容。例如就++操作而言，对引用的操作直接反应到所指向的对象，而不是改变指向；而对指针的操作，会使指针指向下一个对象，而不是改变所指对象的内容。见下面的代码：

#include<iostream>
using namespace std;

int main(int argc,char** argv)

{
    int i=10;
    int& ref=i;
    ref++;
    cout<<"i="<<i<<endl;
    cout<<"ref="<<ref<<endl;
    int j=20;
    ref=j;
    ref++;
    cout<<"i="<<i<<endl;
    cout<<"ref="<<ref<<endl;
    cout<<"j="<<j<<endl;
    return 0;
}

对ref的++操作是直接反应到所指变量之上，对引用变量ref重新赋值"ref=j"，并不会改变ref的指向，它仍然指向的是i，而不是j。理所当然，这时对ref进行++操作不会影响到j。而这些换做是指针的话，情况大不相同，请自行实验。输出结果如下：


再次，引用的大小是所指向的变量的大小，因为引用只是一个别名而已；指针是指针本身的大小，4个字节。见下图所示：


从上面也可以看出：引用比指针使用起来形式上更漂亮，使用引用指向的内容时可以之间用引用变量名，而不像指针一样要使用*；定义引用的时候也不用像指针一样使用&取址。
最后，引用比指针更安全。由于不存在空引用，并且引用一旦被初始化为指向一个对象，它就不能被改变为另一个对象的引用，因此引用很安全。对于指针来说，它可以随时指向别的对象，并且可以不被初始化，或为NULL，所以不安全。const 指针虽然不能改变指向，但仍然存在空指针，并且有可能产生野指针（即多个指针指向一块内存，free掉一个指针之后，别的指针就成了野指针）。
总而言之，言而总之——它们的这些差别都可以归结为"指针指向一块内存，它的内容是所指内存的地址；而引用则是某块内存的别名，引用不改变指向。"
3、特别之处const
在这里我为什么要提到const关键字呢？因为const对指针和引用的限定是有差别的，下面听我一一到来。

常量指针VS常量引用
常量指针：指向常量的指针，在指针定义语句的类型前加const，表示指向的对象是常量。

定义指向常量的指针只限制指针的间接访问操作，而不能规定指针指向的值本身的操作规定性。

常量指针定义"const int* pointer=&a"告诉编译器，*pointer是常量，不能将*pointer作为左值进行操作。

常量引用：指向常量的引用，在引用定义语句的类型前加const，表示指向的对象是常量。也跟指针一样不能利用引用对指向的变量进行重新赋值操作。

指针常量VS引用常量
在指针定义语句的指针名前加const，表示指针本身是常量。在定义指针常量时必须初始化！而这是引用天生具来的属性，不用再引用指针定义语句的引用名前加const。

指针常量定义"int* const pointer=&b"告诉编译器，pointer是常量，不能作为左值进行操作，但是允许修改间接访问值，即*pointer可以修改。

常量指针常量VS常量引用常量
常量指针常量：指向常量的指针常量，可以定义一个指向常量的指针常量，它必须在定义时初始化。常量指针常量定义"const int* const pointer=&c"告诉编译器，pointer和*pointer都是常量，他们都不能作为左值进行操作。

而就不存在所谓的"常量引用常量"，因为跟上面讲的一样引用变量就是引用常量。C++不区分变量的const引用和const变量的引用。程序决不能给引用本身重新赋值，使他指向另一个变量，因此引用总是const的。如果对引用应用关键字const，起作用就是使其目标称为const变量。即没有：Const double const& a=1；只有const double& a=1；

总结：有一个规则可以很好的区分const是修饰指针，还是修饰指针指向的数据——画一条垂直穿过指针声明的星号（*），如果const出现在线的左边，指针指向的数据为常量；如果const出现在右边，指针本身为常量。而引用本身与天俱来就是常量，即不可以改变指向。
4、指针和引用的实现

我们利用下面一段简单的代码来深入分析指针和引用:

#include<iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char** argv)
{
int i=1;
int& ref=i;
int x=ref;
cout<<"x is "<<x<<endl; 
ref=2;
int* p=&i;
cout<<"ref = "<<ref<<", i = "<<i<<endl;
}

虽然指针和引用最终在编译中的实现是一样的，但是引用的形式大大方便了使用也更安全。有人说："引用只是一个别名，不会占内存空间？"通过这个事实我们可以揭穿这个谎言！实际上引用也是占内存空间的。