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C++中的指针和引用有什么区别?(使用场景分析)
指针是存储地址的独立变量,可为空、可重定向;引用是目标对象的别名,必须初始化且不可重绑定,不占额外内存。

指针和引用在C++中都用于间接访问对象,但本质不同:指针是独立变量,存储地址;引用是别名,必须绑定到已有对象且不可重绑定。

内存与生命周期行为

指针本身占用内存(如64位系统通常8字节),可为空、可修改指向;引用不占额外空间(编译器通常优化为直接使用原变量地址),定义时必须初始化,且之后不能改绑其他对象。

  • 指针可以赋值为nullptr,支持动态判断是否有效
  • 引用一旦绑定,就和目标对象“共存亡”,没有空引用的概念
  • 函数返回局部变量的引用是未定义行为;返回局部变量的指针同样危险,但返回指针更易被误用(比如忘记检查null)

函数参数传递场景

需要修改实参时,优先用非const引用;需要可选或可能不提供的对象时,用指针。

  • 交换两个整数:void swap(int& a, int& b) 更简洁安全,无需解引用,调用也自然(swap(x, y)
  • 可选回调或配置对象:void process(Data& data, Logger* logger = nullptr),用指针明确表达“可为空”语义
  • 避免拷贝大对象:void draw(const Image& img) 比传值高效,又比const Image*更符合直觉

容器与多态使用差异

标准容器(如std::vector)不能存引用类型,但可以存指针;引用无法实现运行时多态的“重绑定”,而指针可以重新指向不同派生类对象。

  • std::vector 是非法的;但 std::vector 合法,适合管理动态对象或弱引用
  • 多态接口常以指针或引用接收基类对象,但只有指针能后期改变所指对象:Base* p = &derived1; p = &derived2;;引用无法做到这点
  • 智能指针(如std::unique_ptr)替代裸指针管理资源,而引用不参与资源管理

运算符与操作灵活性

指针支持算术运算(+、-、++、--),适用于数组遍历、底层内存操作;引用不支持这些,只支持解引用等同于原对象的操作。

  • 遍历C风格数组:for (int* p = arr; p != arr + N; ++p) { ... } —— 引用无法替代
  • 实现迭代器:内部通常封装指针或类似指针的结构,因为需支持偏移和比较
  • 引用更适合表达“就是它”的语义,例如auto& x = container[i]; 获取元素的可修改别名