C++中指針與引用的區別有哪些

這篇文章主要介紹C++中指針與引用的區別有哪些，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

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"&"我們可以找到變量的地址，通過解引用符號"*"可以找到地址內存放的變量值。

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

輸出結果為：

地址為：8191436  存放的值為：10

地址默認是16進制，我們在輸出時將其轉換成了int 類型，因此以十進制輸出。輸出結果翻譯過來就是：在地址編碼為8191436的位置存放了值為10的變量data，再進一步地說，data與*p_data 表示同一個東西。為了更有助于理解，我們繪制了下圖：

因此從本質上看，指針與普通的變量并沒有什么太大的區別，只是指針變量可以通過解引用的方式找到指針所對應的地址中存放的數值。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

從輸出結果可以看出，p_p_data中存儲的值就是p_data，而p_data中存儲的值就是data，很像”我愛她，她愛他“的這種橋段。下面我們就重點分析一下變量與指針之間的關系：我們在上述例子中把指針初始化為變量的地址，而變量是在編譯時分配的有名稱的內存，指針只是為可以通過名稱直接訪問的內存提供了一個別名。還拿上面這個例子：對程序員來說，變量10的名字就是data；而對于計算機來說，變量10就是存在 8191436 地址的數據；實現程序員與計算機溝通的方式就是指針，通過對data取址讓程序員能夠明白計算機的存儲結構，同樣，通過對地址解引用，也能輕松地找到該地址中存儲的數據。在上述情況下，指針的出現顯得有些多余，然而指針的真正用武之地在于，在運行階段分配未命名的內存以存儲值，在這種情況下，只能通過指針來訪問內存。

最后關于指針聲明的一點建議：在聲明一個指針變量時，必須要指定一個確定的地址，否則聲明的指針變量不知道指向哪里，因此容易造成系統崩潰。

2、使用new來分配內存

內存四區之代碼區，全局區，棧區和堆區中提到過，new 會在堆區創建一個內存空間，其返回值就是該內存空間的地址，因此程序員的責任就是將該地址賦給一個指針。下面是一個示例：

int* p_data = new int; //在堆區開辟一個空間，并返回該內存空間的地址
*p_data = 10; //將向該內存中存儲數值10
cout << "p_data:\t" << p_data << "\t *p_data: " << *p_data << endl;

通過比較會發現，new 后面指定了數據類型 int，同樣地，p_data 也被聲明為指向 int 的指針。這是因為，計算機的內存是以字節為存儲單位，不同類型的變量會占用不同的字節，因此使用 new 時必須要告訴編譯器分配多少字節的存儲空間，并且接收的指針也必須與聲明的類型一致。輸出結果為：

p_data: 00D0D9A0         *p_data: 10

當處理大型數據，比如數組時，通常會使用的一種方法是定義一個數組類型的數據，在定義的時候分配足夠大的空間。但是這種做法太過于死板，但是當使用 new 時，如果在運行階段需要數組，那么則創建它，如果不需要則不創建，最重要的是可以在程序運行時選擇數組的長度。 下面就看一下如何使用 new 來創建動態數組。在C++中，數組名被解釋為數組地址，即數組第一個元素的地址。下面是一個實例：

int Arr[10]; // 定義一個包含10個int類型元素的數組
cout << "Arr:" << Arr << "\t&Arr[0]:" << &Arr[0] <<endl;

輸出結果為：

Arr:008FFAB4    &Arr[0]:008FFAB4

這種聲明方式只能在剛開始就聲明固定的數組長度，在C++中創建動態數組時，只需要將數組的元素類型和元素數目告訴給 new 即可，new 的返回值同樣是數組的首地址。

int ele_num = 10; //臨時指定數組內元素的個數
int* p_arr = new int [ele_num]; //根據臨時指定的元素個數創建數組

通過 new 在堆區開辟空間，由程序員管理釋放，因此當 new 的內存不用后，需要通過 delete 進行變量，使用 delete [] 來釋放開辟的數組空間。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 的區別

學過C語言的朋友都知道，在C語言中通過malloc函數開辟一塊內存空間，malloc的函數原型如下：

void* malloc(unsigned int numbytes);

從函數原型的參數可以看出，malloc 函數以字節數為參數，開辟固定字節的內存空間。這與 new 就有了第一點不同：new 不需要自己計算字節數，只需要給定內存中存儲的數據類型與元數個數即可。

從函數原型的返回類型可以看出，malloc 函數返回 void* 類型，需要我們在使用時自己指定指針類型。比如：

int* p_malloc = nullptr; // 創建一個指向int的指針
p_malloc = (int*) malloc(10); //將 malloc 的返回值強制轉換為 int* 類型

而 new 在使用時則不需要。總結看來，malloc 在使用時需要自己根據內存中的數據類型以及內存長度計算處所需要的字節數，然后返回 void* 類型，需要使用對應類型的指針進行接收。而 new 在使用時只需要給定內存的長度與內存中數據的類型，編譯器會自動計算所需要的字節數。

4、引用的聲明與本質

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形參，這樣函數就可以使用原始數據而不是數據副本，這樣聽起來似乎與指針沒什么區別，我們還是從引用的聲明說起。

int data = 10;
int& p_data = data; //創建一個引用變量 p_data
cout << "data:" << data << "\tp_data:" << p_data << endl; //p_data 與 data 相當于一個變量的兩個名字

輸出結果為：

data:10  p_data:10

從輸出結果來看，p_data 與 data 就是一個變量的兩個不同叫法而已。引用必須在聲明時就為其指定初始值，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的參數來進一步說明引用與指針的區別：

template <typename T> //定義一個模板函數
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); //首先進行值傳遞
 cout << "a:" << a << "\t\tb:" << b << endl;
 swap_value<int&>(a,b); //然后進行引用傳遞
 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，實參被聲明為引用，引用的用法與使用值一模一樣，輸出結果如下：

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

驚奇的發現，引用傳遞改變了原始數據的值，這點與指針的用法一致，但是指針在書寫 swap 函數時應該這樣寫：

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

綜上發現，引用其實就是變量的另一個名稱，它的用法與變量一模一樣，但是能在作為形參傳遞時，改變原始數據的值。除了這些用法上的區別，引用的本質其實就是一個指針常量，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，因此引用被當作指針常量來處理
int& p_a = a;  
int* const p_a=&a;

再補充一點小知識，關于 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。

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