Каковы различия между переменной-указателем и ссылочной переменной в C ++?

c++ pointers reference c++-faq

929893 просмотра

30 ответа

Я знаю, что ссылки являются синтаксическим сахаром, поэтому код легче читать и писать.

Но каковы различия?


Резюме из ответов и ссылок ниже:

  1. Указатель может быть переназначен любое количество раз, в то время как ссылка не может быть переназначена после привязки.
  2. Указатели могут указывать в никуда ( NULL), тогда как ссылка всегда ссылается на объект.
  3. Вы не можете взять адрес ссылки, как вы можете с указателями.
  4. Там нет "ссылочной арифметики" (но вы можете взять адрес объекта, на который указывает ссылка, и сделать арифметику указателя на нем, как в &obj + 5).

Чтобы уточнить неправильное представление:

Стандарт C ++ очень осторожен, чтобы не указывать, как компилятор может реализовывать ссылки, но каждый компилятор C ++ реализует ссылки как указатели. То есть декларация, такая как:

int &ri = i;

если он не оптимизирован полностью , выделяет тот же объем памяти, что и указатель, и помещает адрес iв это хранилище.

Таким образом, указатель и ссылка используют одинаковый объем памяти.

Как общее правило,

  • Используйте ссылки в параметрах функций и возвращаемых типах для предоставления полезных и самодокументируемых интерфейсов.
  • Используйте указатели для реализации алгоритмов и структур данных.

Интересно читать:

Автор: prakash Источник Размещён: 04.10.2019 12:41

Ответы (30)


1587 плюса

  1. Указатель может быть переназначен:

    int x = 5;
    int y = 6;
    int *p;
    p =  &x;
    p = &y;
    *p = 10;
    assert(x == 5);
    assert(y == 10);
    

    Ссылка не может и должна быть назначена при инициализации:

    int x = 5;
    int y = 6;
    int &r = x;
    
  2. Указатель имеет свой собственный адрес и размер памяти в стеке (4 байта в x86), тогда как ссылка использует тот же адрес памяти (с исходной переменной), но также занимает некоторое место в стеке. Поскольку ссылка имеет тот же адрес, что и сама исходная переменная, можно с уверенностью рассматривать ссылку как другое имя для той же переменной. Примечание. То, на что указывает указатель, может быть в стеке или куче. Так же ссылка. Мое утверждение в этом утверждении не в том, что указатель должен указывать на стек. Указатель - это просто переменная, которая содержит адрес памяти. Эта переменная находится в стеке. Поскольку ссылка имеет свое собственное пространство в стеке, а адрес совпадает с переменной, на которую она ссылается. Больше в стеке против кучи, Это означает, что существует реальный адрес ссылки, которую компилятор вам не скажет.

    int x = 0;
    int &r = x;
    int *p = &x;
    int *p2 = &r;
    assert(p == p2);
    
  3. Вы можете иметь указатели на указатели на указатели, предлагающие дополнительные уровни косвенности. В то время как ссылки предлагают только один уровень косвенности.

    int x = 0;
    int y = 0;
    int *p = &x;
    int *q = &y;
    int **pp = &p;
    pp = &q;//*pp = q
    **pp = 4;
    assert(y == 4);
    assert(x == 0);
    
  4. Указатель может быть назначен nullptrнапрямую, а ссылка - нет. Если вы достаточно стараетесь, и знаете, как, вы можете сделать адрес ссылки nullptr. Аналогично, если вы попытаетесь сделать это достаточно усердно, у вас может быть ссылка на указатель, и тогда эта ссылка может содержать nullptr.

    int *p = nullptr;
    int &r = nullptr; <--- compiling error
    int &r = *p;  <--- likely no compiling error, especially if the nullptr is hidden behind a function call, yet it refers to a non-existent int at address 0
    
  5. Указатели могут перебирать массив, вы можете использовать, ++чтобы перейти к следующему элементу, на который указывает указатель, и + 4перейти к 5-му элементу. Это не имеет значения, на какой размер объекта указывает указатель.

  6. *Чтобы получить доступ к области памяти, на которую он указывает, указатель должен быть разыменован , тогда как ссылка может использоваться напрямую. Указатель на класс / структуру использует ->для доступа к его членам, тогда как ссылка использует ..

  7. Указатель - это переменная, которая содержит адрес памяти. Независимо от того, как реализована ссылка, ссылка имеет тот же адрес памяти, что и элемент, на который она ссылается.

  8. Ссылки не могут быть вставлены в массив, в то время как указатели могут быть (Упоминается пользователем @litb)

  9. Const ссылки могут быть связаны с временными. Указатели не могут (не без некоторой косвенности):

    const int &x = int(12); //legal C++
    int *y = &int(12); //illegal to dereference a temporary.
    

    Это делает const&более безопасным использование в списках аргументов и так далее.

Автор: Brian R. Bondy Размещён: 11.09.2008 08:08

354 плюса

Что такое справочник по C ++ ( для программистов на C )

Ссылки можно рассматривать как постоянный указатель (не следует путать с указателем на постоянное значение!) С автоматической косвенностью, т.е. компилятор будет применять *оператор для вас.

Все ссылки должны быть инициализированы ненулевым значением, иначе компиляция не удастся. Невозможно получить адрес ссылки - оператор адреса будет возвращать адрес ссылочного значения вместо этого - также невозможно выполнить арифметику по ссылкам.

Программисты C могут не любить ссылки на C ++, так как это больше не будет очевидно, когда происходит косвенное обращение или если аргумент передается по значению или по указателю, не просматривая сигнатуры функций.

Программисты на C ++ могут не любить использовать указатели, так как они считаются небезопасными - хотя ссылки на самом деле не безопаснее константных указателей, кроме как в самых тривиальных случаях - им не хватает удобства автоматического косвенного обращения и они имеют различную смысловую коннотацию.

Рассмотрим следующее утверждение из C ++ FAQ :

Несмотря на то, что ссылка часто реализуется с использованием адреса на базовом ассемблере, не следует воспринимать ссылку как забавный указатель на объект. Ссылка - это объект. Это не указатель на объект и не копия объекта. Он является объектом.

Но если ссылка действительно была объектом, как могли быть висячие ссылки? В неуправляемых языках невозможно, чтобы ссылки были более «безопасными», чем указатели - как правило, просто не существует способа надежного псевдонима значений через границы области действия!

Почему я считаю ссылки на C ++ полезными

Исходя из фона C, ссылки на C ++ может выглядеть несколько глупой концепции, но все же следует использовать их вместо указателей , где это возможно: Автоматическая косвенность является удобным, и ссылки становятся особенно полезными при работе с RAII - но не из - за какой - либо предполагаемой безопасности преимущество, а скорее потому, что они делают написание идиоматического кода менее неудобным.

RAII является одной из центральных концепций C ++, но он взаимодействует нетривиально с копированием семантики. Передача объектов по ссылке позволяет избежать этих проблем, поскольку копирование не требуется. Если бы ссылки на язык отсутствовали, вам пришлось бы вместо этого использовать указатели, которые более громоздки в использовании, что нарушало бы принцип проектирования языка, согласно которому наилучшее решение должно быть проще, чем альтернативы.

Автор: Christoph Размещён: 27.02.2009 09:26

174 плюса

Если вы хотите быть действительно педантичным, есть одна вещь, которую вы можете сделать со ссылкой, которую вы не можете сделать с указателем: продлить время жизни временного объекта. В C ++, если вы связываете константную ссылку с временным объектом, время жизни этого объекта становится временем жизни ссылки.

std::string s1 = "123";
std::string s2 = "456";

std::string s3_copy = s1 + s2;
const std::string& s3_reference = s1 + s2;

В этом примере s3_copy копирует временный объект, который является результатом конкатенации. В то время как s3_reference по сути становится временным объектом. Это действительно ссылка на временный объект, который теперь имеет то же время жизни, что и ссылка.

Если вы попробуете это без, constон не сможет скомпилироваться. Вы не можете привязать неконстантную ссылку к временному объекту и не можете взять его адрес в этом отношении.

Автор: Matt Price Размещён: 11.09.2008 09:43

117 плюса

Вопреки распространенному мнению, возможно иметь ссылку на NULL.

int * p = NULL;
int & r = *p;
r = 1;  // crash! (if you're lucky)

Конечно, справиться с этим гораздо сложнее, но если вы справитесь с этим, вы порвете волосы, пытаясь найти его. Ссылки не являются безопасными в C ++!

Технически это недопустимая ссылка , а не пустая ссылка. C ++ не поддерживает нулевые ссылки как концепцию, как вы можете найти в других языках. Существуют и другие виды недействительных ссылок. Любая недопустимая ссылка порождает призрак неопределенного поведения , как если бы использовался недопустимый указатель.

Фактическая ошибка заключается в разыменовании указателя NULL до назначения ссылки. Но я не знаю ни о каких компиляторах, которые будут генерировать какие-либо ошибки при этом условии - ошибка распространяется дальше в коде. Вот что делает эту проблему настолько коварной. В большинстве случаев, если вы разыменовываете нулевой указатель, вы зависаете прямо в этом месте, и для его выяснения не требуется много отладки.

Мой пример выше короткий и надуманный. Вот более реальный пример.

class MyClass
{
    ...
    virtual void DoSomething(int,int,int,int,int);
};

void Foo(const MyClass & bar)
{
    ...
    bar.DoSomething(i1,i2,i3,i4,i5);  // crash occurs here due to memory access violation - obvious why?
}

MyClass * GetInstance()
{
    if (somecondition)
        return NULL;
    ...
}

MyClass * p = GetInstance();
Foo(*p);

Я хочу повторить, что единственный способ получить нулевую ссылку - это искаженный код, и как только вы его получите, вы получите неопределенное поведение. Он никогда не имеет смысла для проверки нулевой ссылки; Например, вы можете попробовать, if(&bar==NULL)...но компилятор может оптимизировать оператор из существования! Допустимая ссылка никогда не может быть NULL, так что, с точки зрения компилятора, сравнение всегда ложно, и предложение может быть удалено ifкак мертвый код - это сущность неопределенного поведения.

Правильный способ избежать проблем - избегать разыменования пустого указателя для создания ссылки. Вот автоматизированный способ сделать это.

template<typename T>
T& deref(T* p)
{
    if (p == NULL)
        throw std::invalid_argument(std::string("NULL reference"));
    return *p;
}

MyClass * p = GetInstance();
Foo(deref(p));

Более старый взгляд на эту проблему от кого-то с лучшими навыками письма, см. Null References от Джима Хислопа и Херба Саттера.

Еще один пример опасности разыменования нулевого указателя см. В разделе « Неопределенное поведение при попытке переноса кода на другую платформу » Раймонда Чена.

Автор: Mark Ransom Размещён: 11.09.2008 09:06

117 плюса

Помимо синтаксического сахара, ссылка - это constуказатель (а не указатель на a const). Вы должны установить, к чему это относится, когда объявляете ссылочную переменную, и вы не можете изменить ее позже.

Обновление: теперь, когда я думаю об этом, есть важное отличие.

Цель константного указателя может быть заменена путем взятия его адреса и использования константного приведения.

Цель ссылки не может быть заменена каким-либо образом, кроме UB.

Это должно позволить компилятору выполнить дополнительную оптимизацию для ссылки.

Автор: Arkadiy Размещён: 11.09.2008 08:07

109 плюса

Вы забыли самую важную часть:

членский доступ с указателями использует ->
членский доступ с использованием ссылок.

foo.barэто явно превосходил foo->barтаким же образом , что VI является явно превосходит Emacs :-)

Автор: Orion Edwards Размещён: 11.09.2008 10:10

65 плюса

Ссылки очень похожи на указатели, но они специально созданы, чтобы помочь оптимизировать компиляторы.

  • Ссылки составлены таким образом, что компилятору существенно легче отслеживать, какие ссылочные псевдонимы какие переменные. Две важные особенности очень важны: нет «ссылочной арифметики» и нет переназначения ссылок. Это позволяет компилятору выяснить, какие ссылки ссылаются на какие переменные во время компиляции.
  • Ссылки могут ссылаться на переменные, которые не имеют адресов памяти, например, те, которые компилятор выбирает для включения в регистры. Если вы берете адрес локальной переменной, компилятору будет очень трудно поместить его в регистр.

В качестве примера:

void maybeModify(int& x); // may modify x in some way

void hurtTheCompilersOptimizer(short size, int array[])
{
    // This function is designed to do something particularly troublesome
    // for optimizers. It will constantly call maybeModify on array[0] while
    // adding array[1] to array[2]..array[size-1]. There's no real reason to
    // do this, other than to demonstrate the power of references.
    for (int i = 2; i < (int)size; i++) {
        maybeModify(array[0]);
        array[i] += array[1];
    }
}

Оптимизирующий компилятор может понять, что мы обращаемся к [0] и [1] довольно много. Очень хотелось бы оптимизировать алгоритм для:

void hurtTheCompilersOptimizer(short size, int array[])
{
    // Do the same thing as above, but instead of accessing array[1]
    // all the time, access it once and store the result in a register,
    // which is much faster to do arithmetic with.
    register int a0 = a[0];
    register int a1 = a[1]; // access a[1] once
    for (int i = 2; i < (int)size; i++) {
        maybeModify(a0); // Give maybeModify a reference to a register
        array[i] += a1;  // Use the saved register value over and over
    }
    a[0] = a0; // Store the modified a[0] back into the array
}

Для такой оптимизации необходимо доказать, что ничто не может изменить массив [1] во время вызова. Это довольно легко сделать. i никогда не меньше 2, поэтому массив [i] никогда не может ссылаться на массив [1]. MaybeModify () получает a0 в качестве ссылки (псевдоним массива [0]). Поскольку здесь нет «ссылочной» арифметики, компилятору нужно только доказать, что MaybeModify никогда не получает адрес x, и он доказал, что ничего не меняет массив [1].

Это также должно доказать, что нет никакого способа, которым будущий вызов мог бы прочитать / записать [0], пока у нас есть временная регистровая копия этого в a0. Это часто тривиально доказать, потому что во многих случаях очевидно, что ссылка никогда не сохраняется в постоянной структуре, такой как экземпляр класса.

Теперь сделайте то же самое с указателями

void maybeModify(int* x); // May modify x in some way

void hurtTheCompilersOptimizer(short size, int array[])
{
    // Same operation, only now with pointers, making the
    // optimization trickier.
    for (int i = 2; i < (int)size; i++) {
        maybeModify(&(array[0]));
        array[i] += array[1];
    }
}

Поведение такое же; только теперь гораздо труднее доказать, что MaybeModify никогда не модифицирует массив [1], потому что мы уже дали ему указатель; кошка вышла из сумки. Теперь он должен сделать гораздо более сложное доказательство: статический анализ MaybeModify, чтобы доказать, что он никогда не пишет в & x + 1. Он также должен доказать, что он никогда не сохраняет указатель, который может ссылаться на массив [0], который просто как сложно.

Современные компиляторы становятся все лучше и лучше в статическом анализе, но всегда приятно выручать их и использовать ссылки.

Конечно, за исключением таких хитроумных оптимизаций, компиляторы действительно превращают ссылки в указатели, когда это необходимо.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Через пять лет после публикации этого ответа, я обнаружил реальное техническое различие, где ссылки отличаются от просто другого взгляда на ту же концепцию адресации. Ссылки могут изменить срок службы временных объектов так, как указатели не могут.

F createF(int argument);

void extending()
{
    const F& ref = createF(5);
    std::cout << ref.getArgument() << std::endl;
};

Обычно временные объекты, такие как объект, созданный вызовом createF(5), уничтожаются в конце выражения. Однако, связывая этот объект со ссылкой, refC ++ продлит срок службы этого временного объекта до тех пор, пока он refне выйдет из области видимости.

Автор: Cort Ammon Размещён: 01.09.2013 03:44

63 плюса

На самом деле, ссылка не очень похожа на указатель.

Компилятор хранит «ссылки» на переменные, связывая имя с адресом памяти; это его задача при компиляции переводить любое имя переменной в адрес памяти.

Когда вы создаете ссылку, вы только сообщаете компилятору, что назначаете другое имя переменной указателя; вот почему ссылки не могут указывать на ноль, потому что переменная не может быть и не может быть.

Указатели являются переменными; они содержат адрес какой-либо другой переменной или могут быть нулевыми. Важно то, что указатель имеет значение, а ссылка имеет только переменную, на которую она ссылается.

Теперь немного объяснения реального кода:

int a = 0;
int& b = a;

Здесь вы не создаете другую переменную, которая указывает на a; вы просто добавляете другое имя в содержимое памяти, содержащее значение a. Эта память теперь имеет два имени, aи b, и она может быть адресована с использованием любого имени.

void increment(int& n)
{
    n = n + 1;
}

int a;
increment(a);

При вызове функции компилятор обычно генерирует пространство памяти для аргументов, которые будут скопированы. Сигнатура функции определяет пробелы, которые должны быть созданы, и дает имя, которое должно использоваться для этих пробелов. Объявление параметра в качестве ссылки просто указывает компилятору использовать пространство памяти входной переменной вместо выделения нового пространства памяти во время вызова метода. Может показаться странным сказать, что ваша функция будет напрямую манипулировать переменной, объявленной в вызывающей области, но помните, что при выполнении скомпилированного кода области больше нет; там просто плоская память, и ваш код функции может манипулировать любыми переменными.

Теперь могут быть случаи, когда ваш компилятор может не знать ссылку при компиляции, как при использовании переменной extern. Таким образом, ссылка может быть или не быть реализована как указатель в базовом коде. Но в приведенных мною примерах это, скорее всего, не будет реализовано с помощью указателя.

Автор: Vincent Robert Размещён: 19.09.2008 12:23

39 плюса

Ссылка никогда не может быть NULL.

Автор: RichS Размещён: 11.09.2008 08:12

33 плюса

Хотя ссылки и указатели используются для косвенного доступа к другому значению, между ссылками и указателями есть два важных различия. Во-первых, ссылка всегда ссылается на объект: определение ссылки без инициализации является ошибкой. Поведение присваивания является вторым важным отличием: назначение ссылки изменяет объект, к которому привязана ссылка; он не перепривязывает ссылку на другой объект. После инициализации ссылка всегда ссылается на один и тот же базовый объект.

Рассмотрим эти два фрагмента программы. В первом мы присваиваем один указатель другому:

int ival = 1024, ival2 = 2048;
int *pi = &ival, *pi2 = &ival2;
pi = pi2;    // pi now points to ival2

После присваивания ival объект, адресуемый pi, остается неизменным. Присвоение изменяет значение числа pi, заставляя его указывать на другой объект. Теперь рассмотрим похожую программу, которая назначает две ссылки:

int &ri = ival, &ri2 = ival2;
ri = ri2;    // assigns ival2 to ival

Это назначение изменяет ival, значение, на которое ссылается ri, а не саму ссылку. После назначения две ссылки все еще ссылаются на свои исходные объекты, и значение этих объектов теперь также остается неизменным.

Автор: Kunal Vyas Размещён: 20.05.2011 07:26

28 плюса

Существует семантическая разница, которая может показаться эзотерической, если вы не знакомы с изучением компьютерных языков абстрактно или даже академически.

На высшем уровне идея ссылок заключается в том, что они являются прозрачными «псевдонимами». Ваш компьютер может использовать адрес, чтобы заставить их работать, но вы не должны беспокоиться об этом: вы должны думать о них как о «просто другом имени» для существующего объекта, и синтаксис отражает это. Они строже, чем указатели, поэтому ваш компилятор может более надежно предупредить вас, когда вы собираетесь создать висячую ссылку, чем когда вы собираетесь создать висячий указатель.

Помимо этого, есть, конечно, некоторые практические различия между указателями и ссылками. Синтаксис их использования, очевидно, различен, и вы не можете «переместить» ссылки, иметь ссылки на ничто или иметь указатели на ссылки.

Автор: Lightness Races in Orbit Размещён: 29.10.2014 05:17

24 плюса

Ссылка - это псевдоним для другой переменной, тогда как указатель содержит адрес памяти переменной. Ссылки обычно используются в качестве параметров функции, так что переданный объект - это не копия, а сам объект.

    void fun(int &a, int &b); // A common usage of references.
    int a = 0;
    int &b = a; // b is an alias for a. Not so common to use. 
Автор: fatma.ekici Размещён: 01.01.2013 05:45

18 плюса

Неважно, сколько места это занимает, так как вы не можете увидеть побочный эффект (без выполнения кода) того пространства, которое он займет.

С другой стороны, одно существенное различие между ссылками и указателями заключается в том, что временные ссылки, назначенные для ссылок на const, действуют до тех пор, пока ссылка на const не выходит из области видимости.

Например:

class scope_test
{
public:
    ~scope_test() { printf("scope_test done!\n"); }
};

...

{
    const scope_test &test= scope_test();
    printf("in scope\n");
}

напечатает:

in scope
scope_test done!

Это языковой механизм, который позволяет ScopeGuard работать.

Автор: MSN Размещён: 12.09.2008 11:27

18 плюса

Это основано на учебнике . То, что написано, делает это более понятным:

>>> The address that locates a variable within memory is
    what we call a reference to that variable. (5th paragraph at page 63)

>>> The variable that stores the reference to another
    variable is what we call a pointer. (3rd paragraph at page 64)

Просто чтобы запомнить это,

>>> reference stands for memory location
>>> pointer is a reference container (Maybe because we will use it for
several times, it is better to remember that reference.)

Более того, поскольку мы можем ссылаться практически на любое руководство по указателю, указатель - это объект, который поддерживается арифметикой указателя, что делает указатель похожим на массив.

Посмотрите на следующее утверждение,

int Tom(0);
int & alias_Tom = Tom;

alias_Tomможно понимать как alias of a variable(отличается от typedef, который есть alias of a type) Tom. Также можно забыть, что терминология такого утверждения заключается в создании ссылки на Tom.

Автор: Life Размещён: 13.01.2014 01:14

18 плюса

Ссылка - это не другое имя, данное какой-то памяти. Это неизменный указатель, который автоматически разыменовывается при использовании. В основном это сводится к:

int& j = i;

Это внутренне становится

int* const j = &i;
Автор: tanweer alam Размещён: 26.02.2013 05:20

15 плюса

Я использую ссылки, если мне не нужен ни один из них:

  • Нулевые указатели могут использоваться в качестве часового значения, часто это дешевый способ избежать перегрузки функций или использования bool.

  • Вы можете сделать арифметику на указатель. Например,p += offset;

Автор: Aardvark Размещён: 12.09.2008 01:41

15 плюса

Ссылка на указатель возможна в C ++, но обратное невозможно, значит указатель на ссылку невозможен. Ссылка на указатель обеспечивает более чистый синтаксис для изменения указателя. Посмотрите на этот пример:

#include<iostream>
using namespace std;

void swap(char * &str1, char * &str2)
{
  char *temp = str1;
  str1 = str2;
  str2 = temp;
}

int main()
{
  char *str1 = "Hi";
  char *str2 = "Hello";
  swap(str1, str2);
  cout<<"str1 is "<<str1<<endl;
  cout<<"str2 is "<<str2<<endl;
  return 0;
}

И рассмотрите версию C вышеупомянутой программы. В C вы должны использовать указатель на указатель (множественное косвенное обращение), и это приводит к путанице, и программа может выглядеть сложной.

#include<stdio.h>
/* Swaps strings by swapping pointers */
void swap1(char **str1_ptr, char **str2_ptr)
{
  char *temp = *str1_ptr;
  *str1_ptr = *str2_ptr;
  *str2_ptr = temp;
}

int main()
{
  char *str1 = "Hi";
  char *str2 = "Hello";
  swap1(&str1, &str2);
  printf("str1 is %s, str2 is %s", str1, str2);
  return 0;
}

Посетите следующую для получения дополнительной информации о ссылке на указатель:

Как я уже сказал, указатель на ссылку невозможен. Попробуйте следующую программу:

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
   int x = 10;
   int *ptr = &x;
   int &*ptr1 = ptr;
}
Автор: Destructor Размещён: 09.02.2015 01:17

14 плюса

Между указателями и ссылками есть одно принципиальное различие, о котором я не видел, чтобы кто-то упомянул: ссылки включают семантику передачи по ссылке в аргументах функции. Указатели, хотя на первый взгляд они не видны, не делают: они предоставляют только семантику передачи по значению. Это было очень хорошо описано в этой статье .

С уважением, & rzej

Автор: Andrzej Размещён: 06.02.2012 08:59

14 плюса

Прямой ответ

Что такое ссылка в C ++? Некоторый конкретный экземпляр типа, который не является типом объекта .

Что такое указатель в C ++? Некоторый конкретный экземпляр типа, который является типом объекта .

Из определения типа объекта в ISO C ++ :

Объект типа (возможно резюме -qualified) типа , который не является тип функции, а не ссылочный типа, а не резюме недействительным.

Может быть важно знать, что тип объекта является категорией верхнего уровня юниверса типа в C ++. Справочник также является категорией верхнего уровня. Но указатель нет.

Pointers and references are mentioned together in the context of compound type. This is basically due to the nature of the declarator syntax inherited from (and extended) C, which has no references. (Besides, there are more than one kind of declarator of references since C++ 11, while pointers are still "unityped": &+&& vs. *.) So drafting a language specific by "extension" with similar style of C in this context is somewhat reasonable. (I will still argue that the syntax of declarators wastes the syntactic expressiveness a lot, makes both human users and implementations frustrating. Thus, all of them are not qualified to be built-in in a new language design. This is a totally different topic about PL design, though.)

В противном случае неважно, что указатели можно квалифицировать как типы определенных типов со ссылками вместе. Они просто имеют слишком мало общих свойств, кроме синтаксического сходства, поэтому в большинстве случаев нет необходимости их объединять.

Обратите внимание, что приведенные выше утверждения упоминают только «указатели» и «ссылки» как типы. Есть несколько интересных вопросов об их экземплярах (например, переменные). Там также приходит слишком много заблуждений.

Различия категорий верхнего уровня уже могут выявить множество конкретных различий, не связанных напрямую с указателями:

  • Типы объектов могут иметь cvквалификаторы верхнего уровня . Ссылки не могут.
  • Переменные типов объектов занимают память в соответствии с семантикой абстрактной машины . Ссылка не обязательно занимает память (подробности см. В разделе о заблуждениях ниже).
  • ...

Еще несколько специальных правил для ссылок:

  • Составные деклараторы являются более строгими в отношении ссылок.
  • Ссылки могут рухнуть .
    • Специальные правила для &&параметров (такие как «пересылка ссылок»), основанные на свертывании ссылок во время вывода параметров шаблона, позволяют «совершенную пересылку» параметров.
  • Ссылки имеют специальные правила при инициализации. Время жизни переменной, объявленной как ссылочный тип, может отличаться от обычных объектов через расширение.
    • Кстати, некоторые другие контексты, такие как инициализация, включают в себя std::initializer_listнекоторые аналогичные правила продления срока службы эталона. Это еще одна банка червей.
  • ...

Заблуждения

Синтаксический сахар

Я знаю, что ссылки являются синтаксическим сахаром, поэтому код легче читать и писать.

Технически это совершенно неправильно. Ссылки не являются синтаксическим сахаром каких-либо других функций в C ++, потому что они не могут быть точно заменены другими функциями без каких-либо семантических различий.

(Точно так же лямбда-выражения s не являются синтаксическим сахаром каких-либо других функций в C ++, потому что они не могут быть точно смоделированы с «неопределенными» свойствами, такими как порядок объявления захваченных переменных , что может быть важно, потому что порядок инициализации таких переменных может быть существенный.)

В строгом смысле C ++ имеет только несколько видов синтаксических сахаров. Одним из экземпляров является (унаследованный от C) встроенный (не перегруженный) оператор [], который точно определен, имея одинаковые семантические свойства конкретных форм комбинирования по сравнению со встроенным унарным *и двоичным оператором+ .

Место хранения

Таким образом, указатель и ссылка используют одинаковый объем памяти.

Вышеприведенное утверждение просто неверно. Чтобы избежать таких заблуждений, взгляните на правила ISO C ++:

Из [intro.object] / 1 :

... Объект занимает область хранения в период его строительства, на протяжении всей его жизни и в период его разрушения. ...

Из [dcl.ref] / 4 :

Не указано, требуется ли ссылка для хранения.

Обратите внимание, что это семантические свойства.

Прагматика

Даже если указатели недостаточно квалифицированы, чтобы их можно было объединить со ссылками в смысле языкового дизайна, все же есть некоторые аргументы, делающие спорным выбор между ними в некоторых других контекстах, например, при выборе типов параметров.

Но это еще не все. Я имею в виду, есть больше вещей, чем указатели против ссылок, которые вы должны рассмотреть.

Если вам не нужно придерживаться такого чрезмерного выбора, в большинстве случаев ответ будет коротким: у вас нет необходимости использовать указатели, а значит нет . Указатели, как правило, достаточно плохие, потому что они подразумевают слишком много вещей, которых вы не ожидаете, и они будут полагаться на слишком много неявных предположений, подрывающих удобство сопровождения и (даже) переносимость кода. Излишне полагаться на указатели - это определенно плохой стиль, и его следует избегать в смысле современного C ++. Пересмотрите свою цель, и вы, наконец, обнаружите, что указатель является функцией последних видов в большинстве случаев.

  • Иногда языковые правила явно требуют использования определенных типов. Если вы хотите использовать эти функции, соблюдайте правила.
    • Конструкторы копирования требуют определенных типов резюме - &ссылочного типа в качестве 1 - го типа параметра. (И обычно это должно быть constквалифицировано.)
    • Перемещение Конструкторы требуют определенных типов резюме - &&ссылочного типа в качестве 1 - го типа параметра. (И обычно не должно быть определителей.)
    • Конкретные перегрузки операторов требуют ссылочных или не ссылочных типов. Например:
      • Перегруженные operator=как специальные функции-члены требуют ссылочных типов, аналогичных 1-му параметру конструкторов копирования / перемещения.
      • Postfix ++требует пустышки int.
      • ...
  • Если вы знаете, что передачи по значению (т. Е. Использования нереферентных типов) достаточно, используйте его напрямую, особенно при использовании реализации, поддерживающей обязательное копирование в C ++ 17. ( Предупреждение : однако исчерпывающие рассуждения о необходимости могут быть очень сложными .)
  • Если вы хотите использовать некоторые маркеры с правами собственности, используйте умные указатели, такие как unique_ptrи shared_ptr(или даже сами доморощенные, если вы хотите, чтобы они были непрозрачными ), а не необработанные указатели.
  • Если вы выполняете некоторые итерации по диапазону, используйте итераторы (или некоторые диапазоны, которые еще не предоставлены стандартной библиотекой), а не необработанные указатели, если вы не уверены, что необработанные указатели будут работать лучше (например, для меньших зависимостей заголовка) в очень специфических случаев.
  • Если вы знаете, что передачи по значению достаточно и вам нужна какая-то явная обнуляемая семантика, используйте обертку std::optional, а не необработанные указатели.
  • Если вы знаете, что передача по значению не идеальна по вышеуказанным причинам, и вам не нужна семантика, допускающая обнуляемость, используйте {lvalue, rvalue, forwarding} -references.
  • Даже когда вам нужна семантика, такая как традиционный указатель, часто есть что-то более подходящее, например, observer_ptrв Library Fundamental TS.

Единственные исключения нельзя обойти на текущем языке:

  • Когда вы реализуете умные указатели выше, вам, возможно, придется иметь дело с необработанными указателями.
  • Для определенных процедур взаимодействия языков требуются указатели, например operator new. (Тем не менее, cv - void*все еще довольно отличается и безопаснее по сравнению с обычными объектными указателями, потому что он исключает неожиданную арифметику указателей, если только вы не полагаетесь на какое-то несоответствующее расширение, void*как в GNU.)
  • Указатели на функции могут быть преобразованы из лямбда-выражений без перехватов, а ссылки на функции - нет. Вы должны использовать указатели функций в неуниверсальном коде для таких случаев, даже если вы намеренно не хотите обнуляемых значений.

Таким образом, на практике ответ так очевиден: в случае сомнений избегайте указателей . Вы должны использовать указатели только тогда, когда есть очень явные причины, по которым нет ничего более подходящего. За исключением нескольких исключительных случаев, упомянутых выше, такие варианты почти всегда не являются специфичными только для C ++ (но, скорее всего, для конкретной реализации языка). Такими примерами могут быть:

  • Вы должны служить API старого стиля (C).
  • Вы должны соответствовать требованиям ABI конкретных реализаций C ++.
  • Вы должны взаимодействовать во время выполнения с различными языковыми реализациями (включая различные сборки, языковую среду выполнения и FFI некоторых высокоуровневых клиентских языков) на основе предположений о конкретных реализациях.
  • Вы должны повысить эффективность перевода (компиляция и компоновка) в некоторых крайних случаях.
  • Вы должны избегать раздувания символов в некоторых крайних случаях.

Предостережения о нейтральности языка

Если вы столкнулись с вопросом через какой-либо результат поиска Google (не относится к C ++) , то, скорее всего, это не то место.

Ссылки в C ++ является довольно «странным», так как она, по существу , не первый класс: они будут рассматриваться как объекты или функции именуются не так они не имеют возможности поддерживать некоторые операции первого класса , как быть левый операнд Член оператора доступа независимо от типа упомянутого объекта. Другие языки могут иметь или не иметь аналогичные ограничения на свои ссылки.

Ссылки в C ++, скорее всего, не сохранят значения в разных языках. Например, ссылки в общем не подразумевают ненулевые свойства для значений, как в C ++, поэтому такие допущения могут не работать в некоторых других языках (и вы легко найдете контрпримеры, например, Java, C #, ...).

В целом ссылки на разные языки программирования могут быть общими, но давайте оставим это для некоторых других вопросов в SO.

(Дополнительное примечание: вопрос может быть значимым раньше, чем участвуют какие-либо "C-подобные" языки, такие как ALGOL 68 против PL / I. )

Автор: FrankHB Размещён: 17.02.2019 07:37

13 плюса

At the risk of adding to confusion, I want to throw in some input, I'm sure it mostly depends on how the compiler implements references, but in the case of gcc the idea that a reference can only point to a variable on the stack is not actually correct, take this for example:

#include <iostream>
int main(int argc, char** argv) {
    // Create a string on the heap
    std::string *str_ptr = new std::string("THIS IS A STRING");
    // Dereference the string on the heap, and assign it to the reference
    std::string &str_ref = *str_ptr;
    // Not even a compiler warning! At least with gcc
    // Now lets try to print it's value!
    std::cout << str_ref << std::endl;
    // It works! Now lets print and compare actual memory addresses
    std::cout << str_ptr << " : " << &str_ref << std::endl;
    // Exactly the same, now remember to free the memory on the heap
    delete str_ptr;
}

Which outputs this:

THIS IS A STRING
0xbb2070 : 0xbb2070

If you notice even the memory addresses are exactly the same, meaning the reference is successfully pointing to a variable on the heap! Now if you really want to get freaky, this also works:

int main(int argc, char** argv) {
    // In the actual new declaration let immediately de-reference and assign it to the reference
    std::string &str_ref = *(new std::string("THIS IS A STRING"));
    // Once again, it works! (at least in gcc)
    std::cout << str_ref;
    // Once again it prints fine, however we have no pointer to the heap allocation, right? So how do we free the space we just ignorantly created?
    delete &str_ref;
    /*And, it works, because we are taking the memory address that the reference is
    storing, and deleting it, which is all a pointer is doing, just we have to specify
    the address with '&' whereas a pointer does that implicitly, this is sort of like
    calling delete &(*str_ptr); (which also compiles and runs fine).*/
}

Which outputs this:

THIS IS A STRING

Therefore a reference IS a pointer under the hood, they both are just storing a memory address, where the address is pointing to is irrelevant, what do you think would happen if I called std::cout << str_ref; AFTER calling delete &str_ref? Well, obviously it compiles fine, but causes a segmentation fault at runtime because it's no longer pointing at a valid variable, we essentially have a broken reference that still exists (until it falls out of scope), but is useless.

In other words, a reference is nothing but a pointer that has the pointer mechanics abstracted away, making it safer and easier to use (no accidental pointer math, no mixing up '.' and '->', etc.), assuming you don't try any nonsense like my examples above ;)

Now regardless of how a compiler handles references, it will always have some kind of pointer under the hood, because a reference must refer to a specific variable at a specific memory address for it to work as expected, there is no getting around this (hence the term 'reference').

The only major rule that's important to remember with references is that they must be defined at the time of declaration (with the exception of a reference in a header, in that case it must be defined in the constructor, after the object it's contained in is constructed it's too late to define it).

Remember, my examples above are just that, examples demonstrating what a reference is, you would never want to use a reference in those ways! For proper usage of a reference there are plenty of answers on here already that hit the nail on the head

Автор: Tory Размещён: 14.10.2014 09:38

12 плюса

Another difference is that you can have pointers to a void type (and it means pointer to anything) but references to void are forbidden.

int a;
void * p = &a; // ok
void & p = a;  //  forbidden

I can't say I'm really happy with this particular difference. I would much prefer it would be allowed with the meaning reference to anything with an address and otherwise the same behavior for references. It would allow to define some equivalents of C library functions like memcpy using references.

Автор: kriss Размещён: 29.01.2010 03:15

11 плюса

Also, a reference that is a parameter to a function that is inlined may be handled differently than a pointer.

void increment(int *ptrint) { (*ptrint)++; }
void increment(int &refint) { refint++; }
void incptrtest()
{
    int testptr=0;
    increment(&testptr);
}
void increftest()
{
    int testref=0;
    increment(testref);
}

Многие компиляторы при включении указателя первой версии фактически вызывают принудительную запись в память (мы явно принимаем адрес). Тем не менее, они оставят ссылку в регистре, который является более оптимальным.

Конечно, для функций, которые не являются встроенными, указатель и ссылка генерируют один и тот же код, и всегда лучше передавать внутренние значения по значению, чем по ссылке, если они не были изменены и возвращены функцией.

Автор: Adisak Размещён: 15.10.2009 01:57

10 плюса

Другое интересное использование ссылок - предоставление аргумента по умолчанию определенного пользователем типа:

class UDT
{
public:
   UDT() : val_d(33) {};
   UDT(int val) : val_d(val) {};
   virtual ~UDT() {};
private:
   int val_d;
};

class UDT_Derived : public UDT
{
public:
   UDT_Derived() : UDT() {};
   virtual ~UDT_Derived() {};
};

class Behavior
{
public:
   Behavior(
      const UDT &udt = UDT()
   )  {};
};

int main()
{
   Behavior b; // take default

   UDT u(88);
   Behavior c(u);

   UDT_Derived ud;
   Behavior d(ud);

   return 1;
}

Вариант по умолчанию использует аспект ссылок bind const на временную ссылку.

Автор: Don Wakefield Размещён: 12.09.2008 05:59

10 плюса

Эта программа может помочь в понимании ответа на вопрос. Это простая программа со ссылкой «j» и указателем «ptr», указывающим на переменную «x».

#include<iostream>

using namespace std;

int main()
{
int *ptr=0, x=9; // pointer and variable declaration
ptr=&x; // pointer to variable "x"
int & j=x; // reference declaration; reference to variable "x"

cout << "x=" << x << endl;

cout << "&x=" << &x << endl;

cout << "j=" << j << endl;

cout << "&j=" << &j << endl;

cout << "*ptr=" << *ptr << endl;

cout << "ptr=" << ptr << endl;

cout << "&ptr=" << &ptr << endl;
    getch();
}

Запустите программу и посмотрите на вывод, и вы поймете.

Кроме того, уделите 10 минут и посмотрите это видео: https://www.youtube.com/watch?v=rlJrrGV0iOg

Автор: Arlene Batada Размещён: 15.03.2013 03:03

9 плюса

Я чувствую, что есть еще один момент, который здесь не освещался.

В отличие от указателей, ссылки синтаксически эквивалентны объекту, на который они ссылаются, т.е. любая операция, которая может быть применена к объекту, работает для ссылки и с точно таким же синтаксисом (за исключением, конечно, инициализации).

Хотя это может показаться поверхностным, я считаю, что это свойство имеет решающее значение для ряда функций C ++, например:

  • Шаблоны . Поскольку параметры шаблона имеют тип утка, синтаксические свойства типа - это все, что имеет значение, поэтому часто один и тот же шаблон может использоваться с обоими Tи T&.
    (или std::reference_wrapper<T>который все еще полагается на неявное приведение к T&)
    Шаблоны, которые охватывают оба T&и T&&даже более распространены.

  • Lvalues . Рассмотрим оператор str[0] = 'X';без ссылок, он будет работать только для c-strings ( char* str). Возвращение символа по ссылке позволяет пользовательским классам иметь одинаковые обозначения.

  • Копировать конструкторы . Синтаксически имеет смысл передавать объекты для копирования конструкторов, а не указатели на объекты. Но у конструктора копирования просто нет возможности получить объект по значению - это приведет к рекурсивному вызову того же конструктора копирования. Это оставляет ссылки как единственный вариант здесь.

  • Операторские перегрузки . С помощью ссылок можно ввести косвенное обращение к вызову оператора, скажем, operator+(const T& a, const T& b)с сохранением той же записи инфикса. Это также работает для обычных перегруженных функций.

Эти пункты дают значительную часть C ++ и стандартной библиотеки, так что это довольно важное свойство ссылок.

Автор: Ap31 Размещён: 06.07.2017 07:48

8 плюса

Может быть, некоторые метафоры помогут; В контексте вашего рабочего стола экрана -

  • Ссылка требует от вас указать фактическое окно.
  • Указатель требует расположения части пространства на экране, которая, как вы уверены, будет содержать ноль или более экземпляров этого типа окна.
Автор: George R Размещён: 27.12.2014 01:00

8 плюса

Существует очень важное нетехническое различие между указателями и ссылками: аргумент, передаваемый в функцию указателем, гораздо более заметен, чем аргумент, передаваемый в функцию по неконстантной ссылке. Например:

void fn1(std::string s);
void fn2(const std::string& s);
void fn3(std::string& s);
void fn4(std::string* s);

void bar() {
    std::string x;
    fn1(x);  // Cannot modify x
    fn2(x);  // Cannot modify x (without const_cast)
    fn3(x);  // CAN modify x!
    fn4(&x); // Can modify x (but is obvious about it)
}

В C вызов, который выглядит так, fn(x)может быть передан только по значению, поэтому он определенно не может быть изменен x; чтобы изменить аргумент, вам нужно передать указатель fn(&x). Таким образом, если аргумент не предшествует, &вы знали, что он не будет изменен. (Обратное, &значит измененное, не соответствует действительности, потому что иногда вам придется передавать большие структуры только для чтения по constуказателю.)

Некоторые утверждают, что это такая полезная функция при чтении кода, что параметры указателя всегда следует использовать для изменяемых параметров, а не для constссылок, даже если функция никогда не ожидает a nullptr. То есть эти люди утверждают, что подписи функций, как fn3()указано выше, не должны быть разрешены. Руководящие принципы стиля Google C ++ являются примером этого.

Автор: Arthur Tacca Размещён: 02.11.2017 11:16

6 плюса

Разница между указателем и ссылкой

Указатель может быть инициализирован в 0, а ссылка - нет. Фактически, ссылка должна также ссылаться на объект, но указатель может быть нулевым указателем:

int* p = 0;

Но мы не можем иметь, int& p = 0;а также int& p=5 ;.

Фактически, чтобы сделать это правильно, мы должны сначала объявить и определить объект, затем мы можем сделать ссылку на этот объект, поэтому правильная реализация предыдущего кода будет такой:

Int x = 0;
Int y = 5;
Int& p = x;
Int& p1 = y;

Другим важным моментом является то, что мы можем сделать объявление указателя без инициализации, однако ничего такого нельзя сделать в случае ссылки, которая должна всегда делать ссылку на переменную или объект. Однако такое использование указателя рискованно, поэтому обычно мы проверяем, действительно ли указатель указывает на что-то или нет. В случае ссылки такая проверка не требуется, поскольку мы уже знаем, что ссылка на объект во время объявления является обязательной.

Другое отличие состоит в том, что указатель может указывать на другой объект, однако ссылка всегда ссылается на один и тот же объект, давайте рассмотрим этот пример:

Int a = 6, b = 5;
Int& rf = a;

Cout << rf << endl; // The result we will get is 6, because rf is referencing to the value of a.

rf = b;
cout << a << endl; // The result will be 5 because the value of b now will be stored into the address of a so the former value of a will be erased

Еще один момент: когда у нас есть шаблон, такой как шаблон STL, такой шаблон класса всегда будет возвращать ссылку, а не указатель, чтобы облегчить чтение или присвоение нового значения с помощью оператора []:

Std ::vector<int>v(10); // Initialize a vector with 10 elements
V[5] = 5; // Writing the value 5 into the 6 element of our vector, so if the returned type of operator [] was a pointer and not a reference we should write this *v[5]=5, by making a reference we overwrite the element by using the assignment "="
Автор: dhokar.w Размещён: 06.01.2017 02:01

5 плюса

Разница заключается в том, что непостоянная переменная-указатель (не путать с указателем на константу) может быть изменена через некоторое время во время выполнения программы, требует использования семантики указателя (&, *), в то время как ссылки могут быть установлены после инициализации только (поэтому вы можете установить их только в списке инициализатора конструктора, но никак иначе) и использовать обычную семантику доступа к значениям. В основном ссылки были введены для поддержки перегрузки операторов, как я читал в одной очень старой книге. Как кто-то заявил в этой теме - указатель может быть установлен в 0 или любое другое значение, которое вы хотите. 0 (NULL, nullptr) означает, что указатель инициализируется ничем. Ошибка разыменования нулевого указателя. Но на самом деле указатель может содержать значение, которое не указывает на какое-то правильное расположение в памяти. Ссылки, в свою очередь, стараются не позволять пользователю инициализировать ссылку на что-то, на что нельзя ссылаться из-за того, что вы всегда предоставляете ему правильное значение. Хотя существует множество способов инициализировать ссылочную переменную в неправильном месте памяти, лучше не вдаваться в подробности. На уровне машины и указатель, и ссылка работают равномерно - с помощью указателей. Допустим, в основных ссылках приведены синтаксические сахара. Ссылки на значения rvalue отличаются от этого - они, естественно, являются объектами стека / кучи. Хотя существует множество способов инициализировать ссылочную переменную в неправильном месте памяти, лучше не вдаваться в подробности. На уровне машины и указатель, и ссылка работают равномерно - с помощью указателей. Допустим, в основных ссылках приведены синтаксические сахара. Ссылки на значения rvalue отличаются от этого - они, естественно, являются объектами стека / кучи. Хотя существует множество способов инициализировать ссылочную переменную в неправильном месте памяти, лучше не вдаваться в подробности. На уровне машины и указатель, и ссылка работают равномерно - с помощью указателей. Допустим, в основных ссылках приведены синтаксические сахара. Ссылки на значения rvalue отличаются от этого - они, естественно, являются объектами стека / кучи.

Автор: Zorgiev Размещён: 24.04.2016 01:22

2 плюса

Я всегда решаю по этому правилу из C ++ Core Guidelines:

Предпочитайте T *, а не T &, когда «без аргумента» является допустимой опцией

Автор: Hitokage Размещён: 19.10.2017 11:50
Вопросы из категории :
32x32