[轉]C++ 指標和引用

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C++ 指標和引用 吐血整理 Pointer&Reference

說道C++的指標，很多人都很頭疼，也很confuse。經常把它和變數名，引用（reference）等混淆，其實這最主要的原因是很多程式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，著重分析和比較指標和引用。主要從以下幾個方面著重的講解：

1. 變數（variable）的表現形式；2. 指標的結構和原理；3. 引用的結構和原理；4. 指標在Array中的應用和注意事項；5. 指標不能dereference的幾種情況；一：變數的形式

說道變數，很多人都覺得非常簡單，每天都在定義變數，應用變數。可是有沒有停下腳步細細的品味一下具體什麼是變數呢？變數（variable）的定義在電腦科學中到底是如何定義的？然後variable到底是在記憶體中如何儲存值的呢？那麼跟著上面的問題，我們來一一的解答，首先最重要的，variable的定義，當你申明一個變數的時候，電腦會將指定的一塊記憶體空間和變數名進行綁定；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數指派陳述式了， 我們常說“x等於5”，其實這種說法是錯誤的，x僅僅是變數的一個名字而已，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的記憶體空間”，其本質是將值5賦值到一塊記憶體空間，而這個記憶體空間名叫做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：

變數在記憶體中的操作其實是需要經過2個步驟的：

1）找出與變數名相對應的記憶體位址。

2）根據找到的地址，取出該地址對應的記憶體空間裡面的值進行操作。

##二：指標的結構和原理

首先介紹到底什麼是指標？指標變數和任何變數一樣，也有變數名，和這個變數名對應的記憶體空間，只是指標的特殊之處在於：指標變數相對應的記憶體空間儲存的值恰好是某個記憶體位址。這也是指標變數區別去其他變數的特徵之一。例如某個指標的定義如下：

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

ptr即是一個指正變數名。通過指標擷取這個指標指向的記憶體中的值稱為dereference，這個的中文翻譯叫啥我也不知道。【慚愧】，哈哈。dereference

其相對於記憶體空間的表示如下：

特別提醒：這裡千萬千萬不要鑽進變數名x, ptr的牛角尖裡面，不要去思考這些變數名儲存在哪裡，變數名僅僅是一塊記憶體空間的代號名字而已，我們應該關心的是這些變數名相對應的記憶體位址。根據上面的分析可以看出，指標變數和任何變數在記憶體中的形式是相同的，僅僅在於其儲存的值比較特殊而已。

三：引用在記憶體中的結構和原理

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，可以說是引用情境非常豐富。但程式員一般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在記憶體中的儲存結構應該跟上面的指標是一樣的，也是儲存的一塊記憶體的地址。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即可直接擷取到指向的記憶體空間的值。例如上例中，直接y就可以擷取reference y所指向的記憶體空間的值，而不需要*y來擷取。

2）reference的賦值操作也不需要取地址符來賦值，可以直接通過變數名，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變數指向的記憶體位址是不能變化，不像pointer那樣可以很靈活的重新指向其他地址。

reference和pointer在記憶體中的結構和關係如所示：

四：指標在Array中的應用和注意事項

在C++中，一個Array類型的變數arr, 其實本質是一個指向數組第一個元素的指標。字串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。其在記憶體中的表現形式如所示：

五：指標不能dereference的情況

但一個指標的值是invalid的時候，那麼這個指標是不能dereference的。那麼到底哪幾種情況是invalid的呢？主要有以下幾種情況：

1）當這個指標的值是NULL的時候，這個指標是不能dereference的。因為指標為NULL，即表示這個指標指向記憶體位址為0的地址塊，記憶體位址為0的記憶體空間是沒有值的，所以是不能dereference的； 例如：int ptr = NULL; cout<<ptr<<endl; 是錯誤的。

2）當某個指標被deallocte或者某個指標所在的記憶體空間被erase了的話，那麼這個指標也是不能被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標也是不能dereference的，因為temp出了範圍後會被系統回收這一塊空間，temp所佔的記憶體空間已經被erase了，所以它返回的指標是一個指向被erase了的記憶體空間。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++的指標（pointer）和引用（reference）就先總結到這裡了。

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