C++ 指針和引用 吐血整理 Pointer&Reference

說道C++的指針，不少人都很頭疼，也很confuse。常常把它和變量名，引用（reference）等混淆，其實這最主要的緣由是不少程序員對於基本知識的掌握有問題，從而致使的不少基本概念的混淆。本文就是從最基本的概念講起，着重分析和比較指針和引用。主要從如下幾個方面着重的講解：

1. 變量（variable）的表現形式；

2. 指針的結構和原理；

3. 引用的結構和原理；

4. 指針在Array中的應用和注意事項；

5. 指針不能dereference的幾種狀況；

一：變量的形式

說道變量，不少人都以爲很是簡單，天天都在定義變量，應用變量。但是有沒有停下腳步細細的品味一下具體什麼是變量呢？變量（variable）的定義在計算機科學中究竟是如何定義的？而後variable究竟是在內存中如何存儲值的呢？那麼跟着上面的問題，咱們來一一的解答，首先最重要的，variable的定義，當你申明一個變量的時候，計算機會將指定的一塊內存空間和變量名進行綁定；這個定義很簡單，但其實很抽象，例如：int x = 5; 這是一句最簡單的變量賦值語句了， 咱們常說「x等於5」，其實這種說法是錯誤的，x僅僅是變量的一個名字而已，它自己不等於任何值的。這條statement的正確翻譯應該是：「將5賦值於名字叫作x的內存空間」，其本質是將值5賦值到一塊內存空間，而這個內存空間名叫作x。切記：x只是簡單的一個別名而已，x不等於任何值。其圖示以下：

 變量在內存中的操做實際上是須要通過2個步驟的：

1）找出與變量名相對應的內存地址。

2）根據找到的地址，取出該地址對應的內存空間裏面的值進行操做。

 二：指針的結構和原理

首先介紹到底什麼是指針？指針變量和任何變量同樣，也有變量名，和這個變量名對應的內存空間，只是指針的特殊之處在於：指針變量相對應的內存空間存儲的值剛好是某個內存地址。這也是指針變量區別去其餘變量的特徵之一。例如某個指針的定義以下：

 

int x = 5;
int *ptr = &x;

 

ptr便是一個指正變量名。經過指針獲取這個指針指向的內存中的值稱爲dereference，這個的中文翻譯叫啥我也不知道。【慚愧】，哈哈。dereference

 

其相對於內存空間的表示以下：

特別提醒：這裏千萬千萬不要鑽進變量名x, ptr的牛角尖裏面，不要去思考這些變量名存儲在哪裏，變量名僅僅是一塊內存空間的代號名字而已，咱們應該關心的是這些變量名相對應的內存地址。根據上面的分析能夠看出，指針變量和任何變量在內存中的形式是相同的，僅僅在於其存儲的值比較特殊而已。

三：引用在內存中的結構和原理

引用（reference）在C++中也是常常被用到，尤爲是在做爲函數參數的時候，須要在函數內部修改更新函數外部的值的時候，能夠說是引用場景很是豐富。但程序員通常很難或者不注意分析reference和pointer，只是知道怎麼應用而已，而不去具體分析這個reference。下面我就來簡單的分析一下這個reference。首先咱們必須明確的一點就是：reference是一種特殊的pointer。從這能夠看出reference在內存中的存儲結構應該跟上面的指針是同樣的，也是存儲的一塊內存的地址。例如reference的定義以下：

int x = 5;
int &y = x;

reference 和 pointer主要有如下3中不一樣點：

1）reference不須要dereference便可直接獲取到指向的內存空間的值。例如上例中，直接y就能夠獲取reference y所指向的內存空間的值，而不須要*y來獲取。

2）reference的賦值操做也不須要取地址符來賦值，能夠直接經過變量名，例如上例中，int &y = x, 而不須要 int &y = &x;

3) reference 在申明的時候就必需要有初始值，並且reference變量指向的內存地址是不能變化，不像pointer那樣能夠很靈活的從新指向其餘地址。

reference和pointer在內存中的結構和關係以下圖所示：

四：指針在Array中的應用和注意事項

在C++中，一個Array類型的變量arr, 其實本質是一個指向數組第一個元素的指針。字符串string在C++中其實就是一個char類型的array，例如：char arr[] = {'a','b','c','d','e','\0'};這就是表示的一串字符串「abcde」，其中arr[0],arr[1], arr[2]..........之間相差的數值可能並不必定是1byte, 要根據這個數組的類型來判斷，compiler會自動判斷它們之間的相差值的; 另外在c++中字符串也能夠用string literals(求大神翻譯)的方式表示，即：char *arr2 = "abcde"; 可是經過string literal方式表示的字符串是read only的，不能修改的， 例如：*（arr2+1）= 'f'; 這句語句會產生error的。其在內存中的表現形式以下圖所示：

五：指針不能dereference的狀況

但一個指針的值是invalid的時候，那麼這個指針是不能dereference的。那麼到底哪幾種狀況是invalid的呢？主要有如下幾種狀況：

1）當這個指針的值是NULL的時候，這個指針是不能dereference的。由於指針爲NULL，即表示這個指針指向內存地址爲0的地址塊，內存地址爲0的內存空間是沒有值的，因此是不能dereference的； 例如：int *ptr = NULL; cout<<*ptr<<endl; 是錯誤的。

2）當某個指針被deallocte或者某個指針所在的內存空間被erase了的話，那麼這個指針也是不能被dereference的；例以下面的代碼：

int *function(int a){
    
    int temp = 5;
    return &temp;
}

上面的代碼返回的指針也是不能dereference的，由於temp出了做用域後會被系統回收這一塊空間，temp所佔的內存空間已經被erase了，因此它返回的指針是一個指向被erase了的內存空間。也是不能dereference的，不然會出錯。編譯階段會給出警告，在runtime的時候，若是dereference是會有error的。

好了C++的指針（pointer）和引用（reference）就先總結到這裏了。

 

若是有什麼問題歡迎你們的留言或者建議。謝謝