我理解的指针与引用

喜欢ヅ旅行 2022-05-23 09:05 150阅读 0赞

最近在学习Golang的过程中，发现一个有意思的事情，有的文章说函数调用传参时 **slice** 是引用传递，有的说是值传递。为什么同一个东西大家会不同认识？为了搞清楚其本质，我进行了以下内容的研究：

1.  变量的变量名、变量值、变量地址在内存中是怎么样的？
2.  指针的定义是什么？引用的定义是什么？二者有什么关系？
3.  函数传参中值传递、指针传递与引用传递到底有什么不一样？
4.  Go中 **slice** 在传入函数时到底是不是引用传递？如果不是，在函数内为什么能修改其值？

为了避免文章写的过长，看了想瞌睡，分成两篇文章来解释这个问题，本文先解决问题1跟2，下一篇说明余下的问题。

# 变量名程序员给地址取的外号 #

上学的时候，老师讲变量是存在内存中的，内存就像一排排抽屉组成的，每个抽屉上面有个编号，我们定义一个变量，就是把想放的东西放到这个对应编号的抽屉里。比如： int a = 10，用图来表示下：  
![这里写图片描述][70]

这里：变量的名字叫 **a** ，变量的值是：**10**，变量的地址是：**0x 00000001**。  
那么问题来了，变量的值我们知道是放在了抽屉里（内存中），每个抽屉有编号（地址），但是变量的名字 **a** 存放在哪里呢？或者说它会存在于内存中吗？

大家想一个问题，如果变量的名字要存放在内存中，那么肯定分配一个空间给他，保存它的空间有个地址，这个地址是不是又得有个地方存起来程序才能找到？如果真是这样设计，那么代码根本没发写、无法运行了。

其实变量名仅仅是写给程序员看的，让我们写代码的时候知道这个变量有什么用，能够通过名字调用变量的值。因为如果直接给你一个地址 0x 23004123，你知道这是要干嘛吗？代码经过编译后，最终都会转换成机器码，我们定义的变量名就都不存在了，存在的只有地址跟值。

# 指针其实很普通 #

有了上面的理解，再来一个特殊的变量：指针变量。什么叫指针变量呢？其实就是这个变量里边存放的是一个变量的地址，通过这个地址，机器可以找到对应变量的值，例如：int \* pa = &a，就表示变量 **pa** 抽屉里放的是 **a** 的地址，它的类型是：int\*，继续看图：  
![这里写图片描述][70 1]

**这里需要重要说明的是：指针pa与a的关系是：a抽屉里边放的是变量值10，pa放的是变量的地址：0x00000001**，这里一定要记住，下面说引用的时候才更容易理解。

# 引用就是变量的另一名字 #

继续谈引用，引用与指针我们经常傻傻分不清，因为它们的行为确实非常诡异，看起来效果非常相似，看代码：

> 由于引用的概念是在 c++ 中引入的，因此下面的代码使用c++，仅仅是一些打印而已，放心看下去

int main() {
        int a = 10;// 变量
        int * pa = &a; // 指针
        int & b = a; // 引用
    
        printf("a: %d\n", a);// a: 10
        printf("*pa: %d\n", *pa);// *pa: 10
        printf("b: %d\n", b);// b: 10
    
        *pa = 20;
        printf("a: %d\n", a);// a: 20
        printf("*pa: %d\n", *pa);// *pa: 20
        printf("b: %d\n", b);// b: 20
    
        b = 30;
          printf("a: %d\n", a);// a: 30
        printf("*pa: %d\n", *pa);// *pa: 30
        printf("b: %d\n", b);// b: 30
    
          a = 40;
          printf("a: %d\n", a);// a: 40
        printf("*pa: %d\n", *pa);// *pa: 40
        printf("b: %d\n", b);// b: 40
        return 0;
    }

通过上面的代码我们发现，指针与引用都能达到一个效果：都有能力修改a的值，指针前面讲过了，因为它保存了a的地址，通过解引用操作后，实际上就是打开了a的抽屉，因此可以进行修改。那么引用又是怎么办到的？这里注意一个细节：\*pa = 20； c = 30；a = 40。我们看到操作c的时候与操作a是一样的方式：直接使用变量名，但是pa要想改变a的值，必须进行 \*pa 操作（解引用），如果直接 pa=20，这仅仅是改变的pa的值，让他指向了另外一个地址。

为什么引用与变量是一样的操作方式？先来看一下引用的定义：

> 引用就是某一变量的一个别名，对引用的操作与对变量直接操作完全一样。

那么别名是什么意思呢？继续看图，一看就懂  
![这里写图片描述][70 2]

看到了吧？a就是b，b就是a。系统并不会为引用额外分配空间进行存储，甚至可以简单理解为：这个别名仅仅是为了给程序员看的，到机器码层面的时候，他们都会变成地址：0x 00000001。

# 有码为证 #

通过上面的分析不知道你理解了几分？或者你是不是对指针与引用还是半信半疑？没关系，写点代码证明一下即可，我们要证明的是：  
\- 引用是变量的别名，那么它的地址应该与变量一致；  
\- 指针保存的是变量的地址，那么它的值是变量的地址，它自身的地址与变量不同。

为了证明，程序设计如下：定义一个变量，分别赋值给指针、引用，然后检查他们对应的值与地址。

int main() {
        int a = 10;
        printf("%d\n", a);
        printf("%p\n", &a);
    
        printf("~~~~~~~~~~~~~~\n");
        int * b = &a;
        printf("%p\n", b);
        printf("%p\n", &b);
    
        printf("~~~~~~~~~~~~~~\n");
        int & c = a;
        printf("%d\n", c);
        printf("%p\n", &c);
        return 0;
    }

**获得输出：**

10 // 变量a的值
    0x7ffee3c7a768 // 变量a的地址 ~~~~~~~~~~~~~~
    0x7ffee3c7a768 // 指针的值，是变量a的地址
    0x7ffee3c7a760 // 指针变量自己的地址 ~~~~~~~~~~~~~~
    10 // 变量a的值
    0x7ffee3c7a768 // 引用变量c的地址，与变量a的地址完全一样

> 在上面如果指针想要打印变量a的值，需要解引用操作：printf(“%d\\n”, \*b);

# 小结 #

*  变量由三分部分构成：变量名、变量值、变量地址；
 *  变量名实际上只是给程序员看的，编译后的代码中并不存在变量名；
 *  指针变量就是一个变量存储了另外一个变量的地址，系统也会为他分配内存空间来存储这个地址；
 *  引用实际是变量的别名，他跟变量有相同的地址。

**下次预告：**  
1. 函数传参中值传递、指针传递与引用传递到底有什么不一样？  
2. 为什么说 **slice** 是引用类型？  
3. Go中 **slice** 在传入函数时到底是不是引用传递？如果不是，在函数内为什么能修改其值？

[70]: /images/20220523/b951ef8a927b459ea381cac8ad4f100f.png
[70 1]: /images/20220523/98d80f26f4e04b22bf24e0ace5edd5de.png
[70 2]: /images/20220523/acd45197bd3e4854bdaf471380590b33.png