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。