C/C++: C++中引用和指针的区别

这篇文章引用自Stack Overflow上的一篇回答：What are the differences between a pointer variable and a reference variable in C++?。同时加进去了一些我的思考

区别

• 直观上来看，两者的使用形式不同。在使用指针时，若我们想要对其指向数据赋值，需要使用*操作符。例如*p=4，而使用引用的话，直接进行复制操作就行了。int &ri = i; ri = 4;。这种形式上的简化可以带来很大的便利性。
• 另一个形式的不同在于参数传递时。对于指针而言，在调用形如void f(int *i)的函数时，应当写作f(&i)。而对于引用而言，在调用形如void f(int& i)时，只需要写作f(i)。
• 一个指针变量可以被任意地再次赋值，而引用不可以
• 指针可以指向空地址，而引用总是指向一个对象
• 对于引用，无法用&进行取地址操作
• 对于引用，无法使用算数方法叠加偏移来获取临近地址（but you can take the address of an object pointed by a reference and do pointer arithmetics on it）
• 有回答提到，引用其实本质上就是const pointer 。不过区别还是存在的。静态指针本身也是可以为空的，但是引用则必然指向一个有效的对象，所以，在形参上使用引用形式可以确保该参数不为空。
• 在性能层面，二者几乎没有区别：

C++标准并未规定编译器应当以何种方式来实现引用，不过几乎所有的C++编译器都是通过指针来实现引用。如果没有特殊优化，那么引用和指针在消耗的内存上是一样的

引用的设计思想（我的思考）

从上面我们列出的一系列引用和指针的不通之处，我们不难看出引用的设计的两个目的：一是形式的便利性，二是程序运行的安全性。

便利性

使用引用时，可以省去大量的*和&符号，使得程序的形式更加简洁。在C++中，这种便利性，也使得操作符重载可以更加自然。例如我们有如下定义的枚举类型

enum day {
    Sunday, Monday //,...
}

如果我们想要该枚举类型支持++操作符，那么我们需要重载这一操作符。如果声明为

day operator++ (day d);

显然无法实现我们的意图。按照传统的C++的想法，此时可以引入指针机制，将操作符重载函数声明为

day operator++ (day* day);

这样声明虽然能够实现我们的功能了，但是我们在使用这个操作符时不得不更改为++&x。这看起来比较诡异。此时使用引用机制就能完美的解决这个问题

day operator++(day& day);

调用的时候使用++x就行了。

这里我们用引用机制完美的解决了这个问题。但是将这一参数形式引入到普通函数的定义上是不合适的。在普通的函数定义中，如果参数是指针式的，那么我们在传递参数的时候需要显式的使用到&。这可以提醒我们我们传递的是指针，意味着这将可能导致我们传递的变量可能在函数内部被修改。在采用引用形式后，这一隐含信息就难以发现了。

安全性

由于引用不能是空的，而且不可以被再次赋值而指向另一个对象，这个特性可以带来变成时候的稳健性，使得过去一些在运行阶段才会暴露出的bug（例如像一个逻辑上不接受NULL的函数传入了NULL参数）能够在编译阶段暴露处理啊。