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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
