C++中的指针和引用

￡神魔★判官ぃ 2022-10-19 00:56 196阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  1 指针、引用
 *  2 指针和引用的混合使用

# 1 指针、引用 #

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left"></th> 
   <th align="left">引用</th> 
   <th align="left">指针</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">1、含义</td> 
   <td align="left">引用是已定义变量的别名</td> 
   <td align="left">指针（pointer）是一个<strong>值为内存地址</strong>的变量（或数据对象）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">2、用法</td> 
   <td align="left">int a = 100;<br>int &amp;b = a;<br><code>int &amp;</code> 代表b为指向int类型变量的引用，此处将b作为变量a的一个别名。变量b的值和地址与变量a的值和地址都对应相同，即<code>b==a==100,&amp;b==&amp;a</code></td> 
   <td align="left">int a = 100;<br>int *ptr = &amp;a;<br><code>int *</code> 代表ptr为指向int类型变量的指针，变量ptr的值为变量a的地址，即<code>ptr==&amp;a</code>；可以通过间接运算符（解引用运算符）<code>*</code>访问变量a的值，即<code>*ptr==a==100</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main(void)
    { 
        int a = 100;
        int &b = a;
        int *ptr = &a;
    
        cout << "a=" << a << ", ";
        cout << "b=" << b << ", ";
        cout << "*ptr=" << *ptr << "\n";
    
        cout << "&a=" << &a << ", ";
        cout << "&b=" << &b << ", ";
        cout << "ptr=" << ptr << "\n\n";
    
        a++;
        cout << "a=" << a << ", ";
        cout << "b=" << b << ", ";
        cout << "*ptr=" << *ptr << "\n";
    
        cout << "&a=" << &a << ", ";
        cout << "&b=" << &b << ", ";
        cout << "ptr=" << ptr << "\n\n";
    
        int bunnies = 50;
        // 下面三行代码等效
        // a = bunnies;
        // b = bunnies;
        *ptr = bunnies;
    
        // 下面这行代码的效果与上面三行不同
        // ptr = &bunnies;
        cout << "a=" << a << ", ";
        cout << "b=" << b << ", ";
        cout << "*ptr=" << *ptr << "\n";
    
        cout << "&a=" << &a << ", ";
        cout << "&b=" << &b << ", ";
        cout << "ptr=" << ptr << "\n\n";
    
        return 0;
    }

C:\Windows\system32\cmd.exe /c (ref1)
    a=100, b=100, *ptr=100
    &a=0x61fe08, &b=0x61fe08, ptr=0x61fe08
    
    a=101, b=101, *ptr=101
    &a=0x61fe08, &b=0x61fe08, ptr=0x61fe08
    
    a=50, b=50, *ptr=50
    &a=0x61fe08, &b=0x61fe08, ptr=0x61fe08
    
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从运行结果可以看出，`a`和`b`的值和地址都相同，即一个变量和该变量的引用有相同的值和地址，若修改其中任何一个的值，另一个的值也同步变化。

# 2 指针和引用的混合使用 #

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    /* * struct LNode { * int data; * LNode *next; * }; * typedef struct LNode *LinkedList; * typedef struct LNode LNode; */
    
    typedef struct LNode { 
        int data;
        LNode *next = nullptr;
    } LNode, *LinkedList;
    
    void method1(LNode *&p1);
    void method2(LNode *p2);
    
    int main()
    { 
        LNode *p1 = new LNode, *p2 = new LNode;
        p1->data = 1, p2->data = 1;
    
        cout << "p1->data=" << p1->data << ", p1=" << p1 << ", &p1=" << &p1 << "\n";
        cout << "p2->data=" << p2->data << ", p2=" << p2 << ", &p2=" << &p2
             << "\n\n";
    
        method1(p1);
        method2(p2);
    
        cout << "p1->data=" << p1->data << ", p1=" << p1 << ", &p1=" << &p1 << "\n";
        cout << "p2->data=" << p2->data << ", p2=" << p2 << ", &p2=" << &p2
             << "\n\n";
    }
    void method1(LNode *&p1)
    { 
        p1 = new LNode;
        p1->data = 2;
        cout << "p1->data=" << p1->data << ", p1=" << p1 << ", &p1=" << &p1 << "\n";
    }
    
    void method2(LNode *p2)
    { 
        p2->data = 2;
        cout << "p2->data=" << p2->data << ", p2=" << p2 << ", &p2=" << &p2 << "\n";
    
        p2 = new LNode;
        p2->data = 2;
        cout << "p2->data=" << p2->data << ", p2=" << p2 << ", &p2=" << &p2
             << "\n\n";
    }

C:\Windows\system32\cmd.exe /c (ref)
    p1->data=1, p1=0x6c1700, &p1=0x61fe08
    p2->data=1, p2=0x6c1720, &p2=0x61fe00
    
    p1->data=2, p1=0x6c1a70, &p1=0x61fe08
    p2->data=2, p2=0x6c1720, &p2=0x61fde0
    p2->data=2, p2=0x6c1a90, &p2=0x61fde0
    
    p1->data=2, p1=0x6c1a70, &p1=0x61fe08
    p2->data=2, p2=0x6c1720, &p2=0x61fe00
    
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1、`main()`函数中，首先声明两个指向LNode型变量的`指针p1、p2`，指针地址分别为`0x61fe08、0x61fe00`，即`main::&p1==0x61fe08、main::&p2==0x61fe00`；  
并新建两个节点，节点地址分别为`0x6c1700、0x6c1720`，分别将节点地址赋值给`p1，p2`，即`main::p1==0x6c1700、main::p2==0x6c1720`，数据域`data`都赋值为`1`。

2、然后对`main::p1、main::p2`分别调用方法`method1，method2`：

void method1(LNode *&p1);
    void method2(LNode *p2);

两个方法一个加了引用，一个没加。由 1 指针、引用 对引用的分析可知：

*  `method1`直接对`main::p1`进行修改，method1中又新建了一个节点，并将新节点地址`0x6c1a70`赋值给`main::p1`，即`main::p1==0x6c1a70`，给新节点赋值为`2`。
 *  `method2`由于没加引用，因此不直接对`main::p2`进行修改。而是在method2函数内新建一个与实参`main::p2`类型相同的局部变量`method2::p2`，即`method2::&p2==0x61fde0`，并将实参`main::p2`的值`0x6c1720`拷贝到`method2::p2`中，并将原节点data的值修改为2。然后又新建一个节点，将新节点的地址`0x6c1a90`赋值给`method2::p2`，即`method2::p2==0x6c1a90`，且新节点数据域data的值也为2。

3、两个函数执行完毕后，再次输出发现：

*  由于method1直接对`main::p1`进行修改，因此`main::p1`的值更新为新节点的地址`0x6c1a70`，新节点data的值为2；
 *  而method2先将原节点data修改为2，再将`method2::p2`的值修改为新节点的地址`0x6c1a90`，函数执行完毕，局部变量销毁。由于method2修改的是`method2::p2`的值，因此`main::p2`的值不变。

**在不使用引用的情况下如何达到和method1同样的效果呢？**

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    typedef struct LNode { 
        int data;
        LNode *next = nullptr;
    } LNode, *LinkedList;
    
    void method1(LNode *&p1);
    LNode *method2(LNode *p2);
    void method3(LNode **p3);
    void print_lnode(LNode **node, string node_ptr_name);
    
    int main()
    { 
        LNode *p1 = nullptr, *p2 = nullptr, **p3 = nullptr;
        p1 = new LNode, p1->data = 1;
        p2 = new LNode, p2->data = 1;
        p3 = new LNode *, *p3 = new LNode, (*p3)->data = 1;
        // p3 = (LNode **)malloc(sizeof(LNode *));
        // *p3 = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));
    
        print_lnode(&p1, "&p1");
        print_lnode(&p2, "&p2");
        print_lnode(p3, "p3");
        cout << endl;
    
        method1(p1);
        p2 = method2(p2);
        method3(p3);
        cout << endl;
    
        print_lnode(&p1, "&p1");
        print_lnode(&p2, "&p2");
        print_lnode(p3, "p3");
        cout << endl;
    
        delete p1;
        delete p2;
        delete *p3;
        delete p3;
    }
    void method1(LNode *&p1)
    { 
        // delete p1;
        p1 = new LNode;
        p1->data = 2;
        print_lnode(&p1, "&p1");
    }
    LNode *method2(LNode *p2)
    { 
        // delete p2;
        p2 = new LNode;
        p2->data = 2;
        print_lnode(&p2, "&p2");
    
        return p2;
    }
    void method3(LNode **p3)
    { 
        // delete *p3;
        *p3 = new LNode;
        (*p3)->data = 2;
        print_lnode(p3, "p3");
    }
    
    void print_lnode(LNode **node, string node_ptr_name)
    { 
        cout << "(*" + node_ptr_name + ")->data=" << (*node)->data << ",\t";
        cout << "*" + node_ptr_name + "=" << *node << ",\t";
        cout << node_ptr_name + "=" << node << endl;
    }

C:\Windows\system32\cmd.exe /c (tmp11)
    (*&p1)->data=1, *&p1=0xf01700,  &p1=0x61fce8
    (*&p2)->data=1, *&p2=0xf01720,  &p2=0x61fce0
    (*p3)->data=1,  *p3=0xf01a90,   p3=0xf01a70
    
    (*&p1)->data=2, *&p1=0xf01ab0,  &p1=0x61fce8
    (*&p2)->data=2, *&p2=0xf01ad0,  &p2=0x61fcc0
    (*p3)->data=2,  *p3=0xf01af0,   p3=0xf01a70
    
    (*&p1)->data=2, *&p1=0xf01ab0,  &p1=0x61fce8
    (*&p2)->data=2, *&p2=0xf01ad0,  &p2=0x61fce0
    (*p3)->data=2,  *p3=0xf01af0,   p3=0xf01a70
    
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程序中，先让三个指针`LNode *p1，LNode *p2，LNode **p3`分别指向三个节点，且节点的data值都为1，然后分别对三个指针执行方法：

void method1(LNode *&p1);
    LNode *method2(LNode *p2);
    void method3(LNode **p3);

1、method1就不用说了，和上个程序一样。

2、method2中传递实参`main::p2`，method2先创建一个和`main::p2`类型相同的局部变量`method2::p2`；再将`main::p2`的值`0xf01720`拷贝到`method2::p2`中；  
接着新建节点，并将新节点的地址`0xf01ad0`赋值给`method::p2`，将新节点的data设为2；然后将新节点的地址`0xf01ad0`作为返回值返回，在main函数中通过执行`p2 = method2(p2);`将新节点的地址赋给`main::p2`，从而完成了`main::p2`值的更新。而`method2::p2`作为函数的局部变量，在函数执行完之后被销毁。

3、一级指针`LNode *p`存储的是节点LNode的地址，而二级指针`LNode **pp`存储的是一级指针p的地址。例如：

LNode *p = new LNode; // 假设新创建节点的地址为 0x1000，则p==0x1000
    p->data = 100;
    
    LNode **pp = new LNode *; // 假设指针 pp 的地址为 0x3000，则&pp==0x3000
    *pp = p; // 假设指针 p 的地址为 0x2000，则pp==0x2000，*pp==p==0x1000

method3中传递实参`main::p3`，二级指针`main::p3`中存储的是一级指针`main::*p3`的地址`0xf01a70`，即`main::p3==0xf01a70`；而地址为`0xf01a70`的一级指针`main::*p3`存储的是LNode型节点的地址`0xf01a90`，即`main::*p3==0xf01a90`。method3执行时，先新建一个节点，用新节点的地址`0xf01af0`更新`main::*p3`的值，即`main::*p3==0xf01af0`，然后将新节点的data设为2。