C++ 指针与引用的区别

在 C++ 中，引用和指针都可以用来间接访问或修改一个已经存在的变量，但它们的使用规则与适用场景却有很大不同。

平时编写代码或设计函数时，什么时候应该使用引用，什么时候又应该使用指针呢？只要把两者的底层差异放在一起对比一下，判断标准其实非常清晰。

C++ 指针与引用的区别

引用本质上是原变量的别名，而指针是一个独立存放内存地址的变量。两者最明显的共同点，就是都能在不复制原数据的前提下操作目标变量。

虽然都能读写原变量，但它们在初始化要求、空状态、能否更换目标以及内存占用上有着本质区别，如下表所示。

从上表可以看出，访问时的符号差异只是表面现象，更关键的是它们在内存中的存在形式与绑定规则。下面我们通过两个例子来分别验证一下。

示例 1：引用与指针操作同一变量

#include <iostream>

int main() {
    int score = 80;
    int& ref = score;    // 定义引用
    int* p = &score;     // 定义指针

    std::cout << "&score = " << &score << '\n';
    std::cout << "&ref = " << &ref << '\n';
    std::cout << "p = " << p << '\n';
    std::cout << "&p = " << &p << '\n';

    ref = 90;            // 通过引用修改 score
    std::cout << "score = " << score << '\n';

    *p = 100;            // 通过指针修改 score
    std::cout << "score = " << score << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

&score = 0x7ffdf3a37cc4
&ref = 0x7ffdf3a37cc4
p = 0x7ffdf3a37cc4
&p = 0x7ffdf3a37cc8
score = 90
score = 100

分析：

从运行结果可以看出，&score、&ref 和 p 打印出来的内存地址完全相同，都是 0x7ffdf3a37cc4。而 &p 打印出来的则是另一个独立的地址 0x7ffdf3a37cc8。

这说明引用 ref 只是原变量 score 的别名，本身不会额外开辟新的内存空间。因此，我们对 ref 取地址或使用 sizeof(ref) 测量大小时，拿到的都是 score 自身的地址和大小（4 个字节）。

而指针 p 拥有自己独立的内存空间 &p（64 位下占 8 个字节），只不过它里面保存的内容恰好是 score 的地址。此外，定义时如果暂时还没有明确目标，引用不能悬空不初始化，而指针可以先初始化为空指针 nullptr。

// 错误方式
int& ref;

// 正确方式
int* p = nullptr;

另一个小伙伴们容易混淆的地方，是 “能不能中途更换目标”。引用一旦绑定某个变量，就不能再改绑其他变量。而指针可以随时修改自己保存的地址。我们把这两种操作放在同一个例子里对比看看。

示例 2：给引用赋值与修改指针指向

#include <iostream>

int main() {
    int a = 10;
    int b = 20;

    int& ref = a;    // ref 绑定变量 a
    int* p = &a;     // p 指向变量 a

    ref = b;         // 把 b 的值赋给 a
    p = &b;          // 将 p 改为指向变量 b

    b = 30;
    std::cout << "a = " << a << '\n';
    std::cout << "ref = " << ref << '\n';
    std::cout << "*p = " << *p << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

a = 20
ref = 20
*p = 30

分析：

在这个例子中，ref = b 和 p = &b 虽然都使用了赋值号，但实际执行的操作完全不同。

因为引用一旦绑定就不能改绑，所以 ref = b 并没有让 ref 改绑到变量 b 身上，而是把 b 当前的值 20 赋给了 a。对于这个例子来说，下面 2 种方式是等价的。

// 方式 1
ref = b;

// 方式 2
a = b;

而 p = &b 修改的是指针 p 自身保存的内存地址，将指向的目标从变量 a 换成了变量 b。因此后面执行 b = 30 时，已经指向 b 的 *p 读到了最新的 30，而始终绑定在 a 身上的 ref 读到的依然是 20。

如何选择指针与引用？

弄清楚两者的区别后，大家在平时写代码以及设计函数参数时只需要问自己两个问题：① 目标变量有没有可能不存在？② 中途需不需要更换指向的目标？根据答案，我们可以按照以下 3 条标准来选择：

• 目标必须存在且不换目标：如果函数要求调用者必须传入一个真实有效的变量，并且内部不需要中途更换目标，我们优先使用引用。采用引用传参不仅写法直观，调用时直接传变量名即可，函数内部也省去了检查 nullptr 的步骤。
• 目标允许为空：有时某个函数参数是可选的，允许 “有目标变量就处理，传入 nullptr 就跳过”。由于引用不能为空，遇到这种场景我们就应该使用指针来实现。
• 中途需要更换指向目标：如果我们在代码中需要先关联变量 a，执行到后面又改为关联变量 b，就只能使用指针，因为引用一旦绑定就无法更改目标。

下面我们通过一个例子来对比函数参数中引用与指针的具体用法。

示例 3：函数参数中的引用与指针

#include <iostream>

// 使用引用接收必传目标
void addOne(int& value) {
    value++;
}

// 使用指针接收可选目标
void resetIfPresent(int* value) {
    if (value != nullptr) {
        *value = 0;
    }
}

int main() {
    int score = 10;

    addOne(score);
    std::cout << "score = " << score << '\n';

    resetIfPresent(nullptr);    // 传入空指针
    std::cout << "score = " << score << '\n';

    resetIfPresent(&score);     // 传入变量地址
    std::cout << "score = " << score << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

score = 11
score = 11
score = 0

分析：

addOne(int& value) 要求调用者必须传入一个有效的整型变量来加 1，因此我们将形参定义为引用。调用时直接写 addOne(score)，score 的值就从 10 变成了 11。

而 resetIfPresent(int* value) 允许调用者传入 nullptr 表示不提供目标，因此我们将形参定义为指针。

第 1 次调用 resetIfPresent(nullptr) 时，我们传入了空指针，函数检测到 value != nullptr 不成立就会直接跳过，因此 score 保持 11 不变。第 2 次调用传入 &score 后，条件成立，函数执行 *value = 0 将 score 重置为 0。

对于指针与引用的选型，小伙伴们只需要记住这么一句话就可以了：在 C++ 实际开发中，能使用引用就优先使用引用。只有当目标可能为空，或者中途需要更换指向时，才使用指针。