[轉]C++ 指針和引用
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作者：算法生活
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C++ 指針和引用 吐血整理 Pointer&Reference
說道C++的指針，很多人都很頭疼，也很confuse。經常把它和變量名，引用（reference）等混淆，其實這最主要的原因是很多程序員對於基本知識的掌握有問題，從而導致的很多基本概念的混淆。本文就是從最基本的概念講起，著重分析和比較指針和引用。主要從以下幾個方面著重的講解：
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中的應用和註意事項；
5. 指針不能dereference的幾種情況；
一：變量的形式
說道變量，很多人都覺得非常簡單，每天都在定義變量，應用變量。可是有沒有停下腳步細細的品味一下具體什麽是變量呢？變量（variable）的定義在計算機科學中到底是如何定義的？然後variable到底是在內存中如何存儲值的呢？那麽跟著上面的問題，我們來一一的解答，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， 我們常說“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，它本身不等於任何值的。這條statement的正確翻譯應該是：“將5賦值於名字叫做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做x。切記：x只是簡單的一個別名而已，x不等於任何值。其圖示如下：
變量在內存中的操作其實是需要經過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作。
##二：指針的結構和原理
首先介紹到底什麽是指針？指針變量和任何變量一樣，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恰好是某個內存地址。這也是指針變量區別去其他變量的特征之一。例如某個指針的定義如下：
int x = 5;
int *ptr = &x;ptr即是一個指正變量名。通過指針獲取這個指針指向的內存中的值稱為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如下：
特別提醒：這裏千萬千萬不要鉆進變量名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，我們應該關心的是這些變量名相對應的內存地址。根據上面的分析可以看出，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++中也是經常被用到，尤其是在作為函數參數的時候，需要在函數內部修改更新函數外部的值的時候，可以說是引用場景非常豐富。但程序員一般很難或者不註意分析reference和pointer，只是知道怎麽應用而已，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。首先我們必須明確的一點就是：reference是一種特殊的pointer。從這可以看出reference在內存中的存儲結構應該跟上面的指針是一樣的，也是存儲的一塊內存的地址。例如reference的定義如下：
int x = 5;
int &y = x;reference 和 pointer主要有以下3中不同點：
1）reference不需要dereference即可直接獲取到指向的內存空間的值。例如上例中，直接y就可以獲取reference y所指向的內存空間的值，而不需要*y來獲取。
2）reference的賦值操作也不需要取地址符來賦值，可以直接通過變量名，例如上例中，int &y = x, 而不需要 int &y = &x;
3) reference 在申明的時候就必須要有初始值，而且reference變量指向的內存地址是不能變化，不像pointer那樣可以很靈活的重新指向其他地址。
reference和pointer在內存中的結構和關系如下圖所示：
四：指針在Array中的應用和註意事項
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一定是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++中字符串也可以用string literals(求大神翻譯)的方式表示，即：char arr2 = "abcde"; 但是通過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如下圖所示：
五：指針不能dereference的情況
但一個指針的值是invalid的時候，那麽這個指針是不能dereference的。那麽到底哪幾種情況是invalid的呢？主要有以下幾種情況：
1）當這個指針的值是NULL的時候，這個指針是不能dereference的。因為指針為NULL，即表示這個指針指向內存地址為0的地址塊，內存地址為0的內存空間是沒有值的，所以是不能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，那麽這個指針也是不能被dereference的；例如下面的代碼：
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，因為temp出了作用域後會被系統回收這一塊空間，temp所占的內存空間已經被erase了，所以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，否則會出錯。編譯階段會給出警告，在runtime的時候，如果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。
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