C++:引用和指针

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引用和指针的区别

指针类型

内存泄漏

智能指针

函数指针和指针函数

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引用和指针的区别

	引用	指针
定义和声明方式 int a = 5;	引用使用&符号进行定义和声明：int& ref = a;	指针使用*符号进行定义和声明：int* ptr = &a;
空值	引用不能为null，它必须在声明时初始化，并且一直引用同一个对象	指针可以为null，可以在声明后赋值为null，也可以指向不同的对象。
变量别名	引用是变量的别名，对引用的修改会影响原始变量的值。	指针是一个独立的变量，通过指针可以访问或修改所指向的变量。
语法和操作	引用在使用时不需要使用解引用操作符*，直接使用引用变量名即可。	指针需要使用解引用操作符*来访问所指向的值。
	引用只有一级	指针可以有多级
	sizeof引用得到的是引用所指向变量的大小	sizeof指针得到的是本指针的大小
本质	引用本质是一个指针，同样会占4字节内存	指针是具体变量，需要占用存储空间

示例如下：

#include 
using namespace std;
int main() {
    int a = 5;
    int& ref = a;  // 引用
    int* ptr = &a; // 指针

    ref = 10; // 修改引用的值会影响原始变量
    cout << "Value of a: " << a << endl; // 输出：10

    *ptr = 20; // 通过指针修改所指向的值会影响原始变量
    cout << "Value of a: " << a << endl; // 输出：20

    int b = 30;
    ptr = &b; // 指针可以指向不同的对象
    cout << "Value of *ptr: " << *ptr << endl; // 输出：30

    // ref = nullptr; // 错误，引用不能为null

    int* nullPtr = nullptr; // 指针可以为null
    if (nullPtr == nullptr) {
        cout << "nullPtr is null" << endl;
    }
    return 0;
}

指针类型

int *p[10]	int *p[10]表示指针数组，强调数组概念，是一个数组变量，数组大小为10，数组内每个元素都是指向int类型的指针变量。
int (*p)[10]	int (*p)[10]表示数组指针，强调是指针，只有一个变量，是指针类型，不过指向的是一个int类型的数组，这个数组大小是10。
int *p(int)	int *p(int)是函数声明，函数名是p，参数是int类型的，返回值是int *类型的。
int (*p)(int)	int (*p)(int)是函数指针，强调是指针，该指针指向的函数具有int类型参数，并且返回值是int类型的。

内存泄漏

        用动态存储分配函数动态开辟的空间，在使用完毕后未释放，结果导致一直占据该内存单元即为内存泄露。

内存泄漏的常见情况包括以下几种：

1. 未释放堆上分配的内存：当使用new运算符在堆上分配内存后，应使用delete运算符释放内存。如果忘记释放分配的内存，将导致内存泄漏。
2. 未释放动态数组的内存：如果使用new[]运算符分配了一个动态数组，应使用delete[]运算符释放内存。忘记释放动态数组的内存同样会导致内存泄漏。
3. 丢失指向堆上分配内存的指针：如果一个指向堆上分配的内存的指针丢失了，那么将无法释放这块内存，从而导致内存泄漏。

解决方法：

1. 使用智能指针：C++中的智能指针（如std::unique_ptr和std::shared_ptr）提供了自动管理内存的能力。使用智能指针可以在对象不再需要时自动释放内存，从而避免内存泄漏。
2. 显式释放内存：在使用new和new[]分配内存后，确保在不再需要时显式使用delete和delete[]释放内存。注意在适当的时候释放动态分配的内存，避免内存泄漏。
3. 谨慎使用动态内存分配：在设计程序时，考虑使用自动变量或固定大小的数据结构，避免频繁地进行动态内存分配，从而减少内存泄漏的机会。
4. 使用RAII（资源获取即初始化）原则：RAII是一种资源管理的编程技术，通过在对象的构造函数中分配资源，在对象的析构函数中释放资源，来确保资源的正确释放。使用RAII可以有效地避免内存泄漏。
5. 使用内存分析工具：使用内存分析工具（如Valgrind、Visual Leak Detector等）来检测和定位内存泄漏问题。这些工具可以帮助识别程序中的内存泄漏，并提供相关的调试信息。

智能指针

        智能指针是C++中用于管理动态分配内存的一种机制，它可以自动处理资源的分配和释放，从而避免了内存泄漏和空指针等问题。C++标准库提供了两种主要的智能指针类型：std::unique_ptr（独占）和std::shared_ptr（共享）。

std::unique_ptr（独占智能指针）	std::shared_ptr （共享智能指针）
创建：std::unique_ptr ptr = std::make_unique(42);	创建：std::shared_ptr ptr = std::make_shared(42);
所有权管理： 同一时间只能有一个std::unique_ptr拥有指向对象的所有权。它不能被复制或拷贝，只能进行所有权的转移。当std::unique_ptr超出作用域或被显式释放时，它会自动释放所管理的对象。 转移所有权：std::unique_ptr ptr2 = std::move(ptr);	所有权管理： 支持复制和拷贝操作，即可以直接进行复制构造和赋值操作，从而实现对象的共享所有权。 共享所有权：std::shared_ptr ptr2 = ptr;（使用引用计数来追踪有多少个）
访问指针所指向的对象：int value = *ptr2;	访问指针所指向的对象：int value = *ptr;
显式释放内存（显式和自动）：std::unique_ptr会在超出作用域时自动释放所管理的对象，也可以显式地使用reset()函数释放对象，例如：ptr2.reset();	自动释放内存：当最后一个共享指针超出作用域时，std::shared_ptr会自动释放所管理的对象。
由于独占所有权的特性，std::unique_ptr不会引起循环引用的问题	解决循环引用： 存在循环引用时，std::shared_ptr会导致资源无法释放，从而导致内存泄漏。为了解决这个问题，可以使用std::weak_ptr来打破循环引用。
内存开销：轻量	由于需要维护引用计数， shared_ptr比unique_ptr更重量级，因为它需要额外的开销来跟踪和更新引用计数。

函数指针和指针函数

函数指针（function pointer）是一个指向函数的指针变量。可以把函数指针理解为指向函数的地址，通过函数指针可以调用相应的函数。	指针函数（pointer to a function）是一个返回指针的函数。指针函数声明时，需要使用*表示返回类型是指针类型。
#include int add(int a, int b) {     return a + b; } int main() {     int (*ptr)(int, int); // 函数指针的声明     ptr = add; // 函数指针指向add函数     int result = ptr(3, 4); // 通过函数指针调用add函数     printf("Result: %d\n", result);     return 0; }	#include int* getArray() {     static int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};     return arr; } int main() {     int* (*ptr)(); // 指针函数的声明     ptr = getArray; // 指针函数指向getArray函数     int* array = ptr(); // 通过指针函数调用getArray函数     for (int i = 0; i < 5; i++) {         printf("%d ", array[i]);     }     printf("\n");     return 0; }
ptr是一个指向函数的指针，它指向add函数。通过函数指针ptr可以调用add函数。	ptr是一个指向函数的指针，它指向getArray函数。通过指针函数ptr可以调用getArray函数，并返回一个指向数组的指针。
函数指针是指向函数的指针变量，可以通过函数指针调用相应的函数。	指针函数是一个返回指针的函数，其返回类型是指针类型。