前言

在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)必須要知道三個(gè)基本要素：信息存儲(chǔ)在何處？存儲(chǔ)的值為多少？存儲(chǔ)的值是什么類型？因此指針是表示信息在內(nèi)存中存儲(chǔ)地址的一類特殊變量，指針和其所指向的變量就像是一個(gè)硬幣的兩面。指針一直都是學(xué)習(xí)C語言的難點(diǎn)，在C++中又多了一個(gè)引用的概念。初學(xué)時(shí)很容易把這兩個(gè)概念弄混，下面就來通過一些例子來說明二者之間的差別。

1、指針的聲明

上文中提到，指針和其所指向的變量就像硬幣的兩面，因此通過取址符號(hào)"&"我們可以找到變量的地址，通過解引用符號(hào)"*"可以找到地址內(nèi)存放的變量值。

int data = 10; //聲明了一個(gè)變量data，并賦初始值10，存儲(chǔ)的值是int類型
int* p_data = &data; //找到 data 在內(nèi)存中存放的位置，即p_data
cout << "地址為：" << int(p_data) << "\t 存放的值為：" << data << endl;

輸出結(jié)果為：

地址為：8191436  存放的值為：10

地址默認(rèn)是16進(jìn)制，我們?cè)谳敵鰰r(shí)將其轉(zhuǎn)換成了int 類型，因此以十進(jìn)制輸出。輸出結(jié)果翻譯過來就是：在地址編碼為8191436的位置存放了值為10的變量data，再進(jìn)一步地說，data與*p_data 表示同一個(gè)東西。為了更有助于理解，我們繪制了下圖：

因此從本質(zhì)上看，指針與普通的變量并沒有什么太大的區(qū)別，只是指針變量可以通過解引用的方式找到指針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的地址中存放的數(shù)值。假如定義如下：

int data = 10;
int* p_data = &data;  //定義指向 int 類型的指針 p_data, 存儲(chǔ)的是 int 類型的變量 data的地址，其
int** p_p_data = &p_data; //定義指向 int* 類型的指針 p_p_data, 存儲(chǔ)的是 int* 類型的變量 p_data的地址

cout << "p_data：" << p_data << "\t 存放的值為：" << *p_data << endl;
cout << "p_p_data：" << p_p_data << "\t 存放的值為：" << *p_p_data << endl;

輸出結(jié)果為：

p_data：00EFF96C         存放的值為：10
p_p_data：00EFF960       存放的值為：00EFF96C

從輸出結(jié)果可以看出，p_p_data中存儲(chǔ)的值就是p_data，而p_data中存儲(chǔ)的值就是data，很像”我愛她，她愛他“的這種橋段。下面我們就重點(diǎn)分析一下變量與指針之間的關(guān)系：我們?cè)谏鲜隼又邪阎羔槼跏蓟癁樽兞康牡刂?，而變量是在編譯時(shí)分配的有名稱的內(nèi)存，指針只是為可以通過名稱直接訪問的內(nèi)存提供了一個(gè)別名。還拿上面這個(gè)例子：對(duì)程序員來說，變量10的名字就是data；而對(duì)于計(jì)算機(jī)來說，變量10就是存在 8191436 地址的數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)程序員與計(jì)算機(jī)溝通的方式就是指針，通過對(duì)data取址讓程序員能夠明白計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，同樣，通過對(duì)地址解引用，也能輕松地找到該地址中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。在上述情況下，指針的出現(xiàn)顯得有些多余，然而指針的真正用武之地在于，在運(yùn)行階段分配未命名的內(nèi)存以存儲(chǔ)值，在這種情況下，只能通過指針來訪問內(nèi)存。

最后關(guān)于指針聲明的一點(diǎn)建議：在聲明一個(gè)指針變量時(shí)，必須要指定一個(gè)確定的地址，否則聲明的指針變量不知道指向哪里，因此容易造成系統(tǒng)崩潰。

2、使用new來分配內(nèi)存

內(nèi)存四區(qū)之代碼區(qū)，全局區(qū)，棧區(qū)和堆區(qū)中提到過，new 會(huì)在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存空間，其返回值就是該內(nèi)存空間的地址，因此程序員的責(zé)任就是將該地址賦給一個(gè)指針。下面是一個(gè)示例：

int* p_data = new int; //在堆區(qū)開辟一個(gè)空間，并返回該內(nèi)存空間的地址
*p_data = 10; //將向該內(nèi)存中存儲(chǔ)數(shù)值10
cout << "p_data:\t" << p_data << "\t *p_data: " << *p_data << endl;

通過比較會(huì)發(fā)現(xiàn)，new 后面指定了數(shù)據(jù)類型 int，同樣地，p_data 也被聲明為指向 int 的指針。這是因?yàn)?，?jì)算機(jī)的內(nèi)存是以字節(jié)為存儲(chǔ)單位，不同類型的變量會(huì)占用不同的字節(jié)，因此使用 new 時(shí)必須要告訴編譯器分配多少字節(jié)的存儲(chǔ)空間，并且接收的指針也必須與聲明的類型一致。輸出結(jié)果為：

p_data: 00D0D9A0         *p_data: 10

當(dāng)處理大型數(shù)據(jù)，比如數(shù)組時(shí)，通常會(huì)使用的一種方法是定義一個(gè)數(shù)組類型的數(shù)據(jù)，在定義的時(shí)候分配足夠大的空間。但是這種做法太過于死板，但是當(dāng)使用 new 時(shí)，如果在運(yùn)行階段需要數(shù)組，那么則創(chuàng)建它，如果不需要?jiǎng)t不創(chuàng)建，最重要的是可以在程序運(yùn)行時(shí)選擇數(shù)組的長度。 下面就看一下如何使用 new 來創(chuàng)建動(dòng)態(tài)數(shù)組。在C++中，數(shù)組名被解釋為數(shù)組地址，即數(shù)組第一個(gè)元素的地址。下面是一個(gè)實(shí)例：

int Arr[10]; // 定義一個(gè)包含10個(gè)int類型元素的數(shù)組
cout << "Arr:" << Arr << "\t&Arr[0]:" << &Arr[0] <<endl;

輸出結(jié)果為：

Arr:008FFAB4    &Arr[0]:008FFAB4

這種聲明方式只能在剛開始就聲明固定的數(shù)組長度，在C++中創(chuàng)建動(dòng)態(tài)數(shù)組時(shí)，只需要將數(shù)組的元素類型和元素?cái)?shù)目告訴給 new 即可，new 的返回值同樣是數(shù)組的首地址。

int ele_num = 10; //臨時(shí)指定數(shù)組內(nèi)元素的個(gè)數(shù)
int* p_arr = new int [ele_num]; //根據(jù)臨時(shí)指定的元素個(gè)數(shù)創(chuàng)建數(shù)組

通過 new 在堆區(qū)開辟空間，由程序員管理釋放，因此當(dāng) new 的內(nèi)存不用后，需要通過 delete 進(jìn)行變量，使用 delete [] 來釋放開辟的數(shù)組空間。代碼如下：

int* p_data = new int;
*p_data = 10;
cout << "p_data: " << p_data << "\t*p_data:" << *p_data << endl;

int ele_num = 10;
int* p_arr = new int [ele_num];

for(int i = 0; i<9; i++)
 *(p_arr+i) = i+2;

cout << "p_arr:" << p_arr << "\t\t*(p_array):";
for(int i = 0; i<9; i++)
 cout << *(p_arr + i) << " ";
cout << endl;

delete p_data;
delete [] p_arr;

cout << "\n******使用delete釋放內(nèi)存后......*******" << endl;
cout << "p_data: " << p_data << "\t*p_data:" << *p_data << endl;
cout << "p_arr:" << p_arr << "\t\t*(p_array):";
for(int i = 0; i<9; i++)
cout << *(p_arr + i) << " ";
cout << endl;

輸出結(jié)果如下：

p_data: 0082B1C8        *p_data:10
p_arr:0082BB58          *(p_array):2 3 4 5 6 7 8 9 10

******使用delete釋放內(nèi)存后......*******
p_data: 0082B1C8        *p_data:-572662307
p_arr:0082BB58          *(p_array):-572662307 -572662307 -572662307 -572662307 -572662307 -572662307 -572662307 -572662307 -572662307

3、malloc 與 new 的區(qū)別

學(xué)過C語言的朋友都知道，在C語言中通過malloc函數(shù)開辟一塊內(nèi)存空間，malloc的函數(shù)原型如下：

void* malloc(unsigned int numbytes);

從函數(shù)原型的參數(shù)可以看出，malloc 函數(shù)以字節(jié)數(shù)為參數(shù)，開辟固定字節(jié)的內(nèi)存空間。這與 new 就有了第一點(diǎn)不同：new 不需要自己計(jì)算字節(jié)數(shù)，只需要給定內(nèi)存中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型與元數(shù)個(gè)數(shù)即可。

從函數(shù)原型的返回類型可以看出，malloc 函數(shù)返回 void* 類型，需要我們?cè)谑褂脮r(shí)自己指定指針類型。比如：

int* p_malloc = nullptr; // 創(chuàng)建一個(gè)指向int的指針
p_malloc = (int*) malloc(10); //將 malloc 的返回值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 int* 類型

而 new 在使用時(shí)則不需要?？偨Y(jié)看來，malloc 在使用時(shí)需要自己根據(jù)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)類型以及內(nèi)存長度計(jì)算處所需要的字節(jié)數(shù)，然后返回 void* 類型，需要使用對(duì)應(yīng)類型的指針進(jìn)行接收。而 new 在使用時(shí)只需要給定內(nèi)存的長度與內(nèi)存中數(shù)據(jù)的類型，編譯器會(huì)自動(dòng)計(jì)算所需要的字節(jié)數(shù)。

4、引用的聲明與本質(zhì)

C++中新增了引用作為已定義的變量的別名。引用的最主要用途是作為函數(shù)形參，這樣函數(shù)就可以使用原始數(shù)據(jù)而不是數(shù)據(jù)副本，這樣聽起來似乎與指針沒什么區(qū)別，我們還是從引用的聲明說起。

int data = 10;
int& p_data = data; //創(chuàng)建一個(gè)引用變量 p_data
cout << "data:" << data << "\tp_data:" << p_data << endl; //p_data 與 data 相當(dāng)于一個(gè)變量的兩個(gè)名字

輸出結(jié)果為：

data:10  p_data:10

從輸出結(jié)果來看，p_data 與 data 就是一個(gè)變量的兩個(gè)不同叫法而已。引用必須在聲明時(shí)就為其指定初始值，而不能像指針一樣可以先聲明，再賦值。下面將引用作為函數(shù)的參數(shù)來進(jìn)一步說明引用與指針的區(qū)別：

template <typename T> //定義一個(gè)模板函數(shù)
void swap(T a, T b){
 int temp;
 temp = a;
 a = b;
 b = temp;
}
int main(void){
 int a = 10, b = 20; 
 swap_value<int>(a,b); //首先進(jìn)行值傳遞
 cout << "a:" << a << "\t\tb:" << b << endl;
 swap_value<int&>(a,b); //然后進(jìn)行引用傳遞
 cout << "\na:" << a << "\t\tb:" << b << endl;
}

從上述代碼中可以看到，值傳遞和引用傳遞的形參都是一樣的，不同的是引用傳遞時(shí)，實(shí)參被聲明為引用，引用的用法與使用值一模一樣，輸出結(jié)果如下：

a:10            b:20
a:20            b:10

驚奇的發(fā)現(xiàn)，引用傳遞改變了原始數(shù)據(jù)的值，這點(diǎn)與指針的用法一致，但是指針在書寫 swap 函數(shù)時(shí)應(yīng)該這樣寫：

void swap(int* a, int* b){
 int temp;
 temp = *a;
 *a = *b;
 *b = temp;
}
swap(&a, &b); //調(diào)用格式

綜上發(fā)現(xiàn)，引用其實(shí)就是變量的另一個(gè)名稱，它的用法與變量一模一樣，但是能在作為形參傳遞時(shí)，改變?cè)紨?shù)據(jù)的值。除了這些用法上的區(qū)別，引用的本質(zhì)其實(shí)就是一個(gè)指針常量，意味著指針指向的位置不可變，但是指針指向位置的值可變。即：

// 這兩者的語句是等效的，因此引用被當(dāng)作指針常量來處理
int& p_a = a;  
int* const p_a=&a;

再補(bǔ)充一點(diǎn)小知識(shí)，關(guān)于 const 修飾符的問題，有些新手朋友來說很容易弄不清楚 const 修飾下什么是可變的，什么是不可變的。具體實(shí)例如下：

int data = 10, data2 = 20;
const int* p_data = &data; //修飾的是int，即 p_data 所指向的值不可變，而p_data可變
p_data = &data2;

int* const p_data2 = &data; //修飾的是int*，即 p_data 所指向的值可變，而p_data不可變
*p_data2 = data2;

引用即是第二種用法。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于C++中指針與引用的區(qū)別的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++指針與引用內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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