第六章：C++中的指针和引用

拼搏现实的明天。 2024-03-23 21:49 77阅读 0赞

## 第六章：C++中的指针和引用 ##

### C++中的指针和引用 ###

在C++中，指针和引用是重要的概念，它们提供了灵活性和功能强大的方式来操作变量。本文将深入讨论C++中指针和引用的定义、使用场景以及它们之间的区别，并结合丰富的代码示例和实际案例来帮助您更好地理解它们。

#### 指针 ####

指针是一种变量类型，它存储着内存地址。通过指针，我们可以直接访问和操作这些内存地址上的数据。

以下是一个简单示例，演示了指针的定义和使用：

int number = 10;        // 定义一个整数变量
    int* ptr = &number;     // 定义一个指向整数的指针，并赋值为number的地址
    
    cout << "变量number的值：" << number << endl;
    cout << "通过指针访问变量number的值：" << *ptr << endl;
    
    *ptr = 20;              // 通过指针修改变量number的值
    cout << "修改后的变量number的值：" << number << endl;

上述代码中，我们声明了一个整数变量`number`，然后创建一个指向该变量的整型指针`ptr`。通过`*ptr`，我们可以读取或修改指针所指向的变量的值。

#### 引用 ####

引用是一个别名，它提供了对变量的另一种访问方式。引用与指针类似，但更安全且语法更简洁。

以下是一个示例，展示了引用的定义和使用：

int number = 10;        // 定义一个整数变量
    int& ref = number;      // 定义一个整型引用，并初始化为number
    
    cout << "变量number的值：" << number << endl;
    cout << "通过引用访问变量number的值：" << ref << endl;
    
    ref = 20;               // 通过引用修改变量number的值
    cout << "修改后的变量number的值：" << number << endl;

上述代码中，我们声明了一个整数变量`number`，然后创建一个引用`ref`，并将其初始化为`number`的别名。通过`ref`即可访问和修改原始变量`number`的值。

#### 指针的指针（二级指针） ####

除了普通指针，C++还支持指针的指针，也叫做二级指针。二级指针存储的是内存地址的地址。

以下是一个示例，演示了二级指针的定义和使用：

int number = 10;
    int* ptr1 = &number;         // 定义一个指向整数的指针
    int** ptr2 = &ptr1;          // 定义一个指向整型指针的指针
    
    cout << "变量number的值：" << number << endl;
    cout << "通过一级指针访问变量number的值：" << *ptr1 << endl;
    cout << "通过二级指针访问变量number的值：" << **ptr2 << endl;
    
    **ptr2 = 20;                 // 通过二级指针修改变量number的值
    cout << "修改后的变量number的值：" << number << endl;

上述代码中，我们声明了整数变量`number`，以及一个指向该变量的指针`ptr1`。然后，我们又创建了一个指向指针`ptr1`的指针`ptr2`，也称为二级指针。通过`**ptr2`，我们可以访问和修改指针所指向的变量的值。

#### 指针和引用的区别 ####

尽管指针和引用都提供了对变量的间接访问，但它们之间有一些重要的区别。

1.  **赋值和初始化**：指针在定义时需要显式地赋予地址，而引用在定义时必须立即初始化为变量的别名。
2.  **空值**：指针可以为空，即指向空内存地址或`nullptr`，而引用不能为空，必须引用有效的对象。
3.  **指向其他对象**：指针可以重新指向其他对象，而引用则不可以，一旦初始化为某个对象的引用，就无法再指向其他对象。
4.  **操作符**：指针使用`*`来访问所指向的值，而引用直接使用变量名进行访问，不需要额外的操作符。

以下是一个示例，进一步展示了指针和引用之间的区别：

int number = 10; // 定义一个整数变量
    int* ptr = &number; // 定义一个整型指针
    int& ref = number; // 定义一个整型引用
    
    // 修改变量的值
    *ptr = 20;
    ref = 30;
    
    // 输出结果
    cout << "通过指针修改的变量number的值：" << *ptr << endl;
    cout << "通过引用修改的变量number的值：" << ref << endl;

上述代码中，我们创建了一个整数指针`ptr`和一个整型引用`ref`并将它们分别初始化为同一个变量`number`。然后，通过指针和引用分别修改了变量`number`的值，并将结果输出。

输出结果如下：

通过指针修改的变量number的值：20
    通过引用修改的变量number的值：30

#### 实际案例 ####

让我们看一个更实际的案例，结合指针和引用的使用：

void swap(int* a, int* b){
        
        int temp = *a;
        *a = *b;
        *b = temp;
    }
    
    void swap(int& a, int& b){
        
        int temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }
    
    int main(){
        
        int num1 = 10;
        int num2 = 20;
    
        cout << "交换前的值：" << num1 << ", " << num2 << endl;
        
        swap(&num1, &num2); // 使用指针进行交换
        cout << "使用指针交换后的值：" << num1 << ", " << num2 << endl;
    
        swap(num1, num2); // 使用引用进行交换
        cout << "使用引用交换后的值：" << num1 << ", " << num2 << endl;
    
        return 0;
    }

上述代码中，我们定义了两个函数`swap`，一个使用指针进行参数传递，另一个使用引用进行参数传递。然后，在`main`函数中创建两个整数变量`num1`和`num2`，并演示了如何使用指针和引用调用`swap`函数来交换这两个变量的值。

输出结果如下：

交换前的值：10, 20
    使用指针交换后的值：20, 10
    使用引用交换后的值：10, 20

通过示例，我们可以看到指针和引用的不同用法和效果。指针通常用于实现动态内存分配和传递数组，而引用则更适合作为函数参数使用。