Java的引用到底是什么？和C/C++的指针有什么区别？

点进这篇文章的朋友们，如果对「指针」没有概念，那么请面壁思过。

你不是一个正统的程序员，你是野路子，是faker，在技术这条路上注定走不远。

闲话少述，正文开始。

1、从操作符说起

要看引用和指针的区别，首先要看操作符。

• 在c/c++中，指针相关的操作符有3个：& -> *
• 在Java中，引用相关的操作符有1个：.

What，引用就一个操作符？？？那我们就来看下，操作符各有什么作用

注：指针使用结构体来举例，便于和引用的对象来比较

1.1、C/C++中指针操作符 & -> * 的作用

• 定义一个结构体和变量

  typedef stuct {
      int sex;
      int age;
  } student_t;
  
  student_t stu1 = {1, 20};
  

• 操作符 &，将数据的地址读取到一个指针：

  int* p_addr = &stu1; // 创建一个指针p_addr，p_addr存储了stu1的地址
  

• 操作符 ->，读/写一个指针所指向结构体地址的成员数据

  int age = p_addr->age;
  p_addr->age = 44;
  

• 操作符 *，读/写一个指针中地址的数据：

  student_t stu2 = *p_addr; // 将p_addr地址的数据读取到stu2
  *p_addr = {2, 8}; // 将数据写入p_addr地址
  

注：c++中也有引用，但不在本文讨论范围内

1.2、Java中引用操作符 . 的使用

• 定义一个类和对象

  public class Student{
      public Integer sex;
      public Integer age;
      
      Student(Integer s, Integer a) {
          sex = s;
          age = a;
      }
  }
  Student stu1 = new Student(1, 20); // 创建一个引用stu1，stu1中存储的不是对象的数据，而是是对象的地址，也即引用
                                     // stu1存放在stack，对象存放在heap
  

• 将数据的地址读取到一个引用

  Student p_addr = stu1; // 创建一个引用p_addr，把stu1中存储的对象的地址，赋给p_addr
  

• 读/写一个引用所指向对象地址的成员数据

  Integer age = stu.age;
  stu.age = 44;
  

  注：Java只有引用，没有指针，而引用弱化了地址和数据的概念，所以程序员们更要深刻理解引用的本质，写出更健壮的代码。

如此看来，C/C++指针的操作符 * 能干的活，Java的引用干不了，也就是指针能直接对地址的数据进行读/写，引用则不能。

那咱就来看看，具体那些活是指针能干，引用干不了。。。

2、指针能干，引用干不了的活~

2.1、指针可以指向任意一个地址，引用只能指向一个对象

• 指针可以给用操作符&给其一个数据的地址，也可以直接给其一个地址，甚至空地址

  student_t* p_addr = &stu1;
  student_t* p_addr = 0x12000;
  student_t* p_addr = NULL;
  

• 指针可以对地址进行加减操作，从而修改相邻地址的数据，比如修改一个数组

  int data[4] = {1,2,3,4};
  int* p_addr = data;
  *p_addr = 6;
  p_addr += 1;
  *p_addr = 7;
  p_addr += 1;
  *p_addr = 8;
  p_addr += 1;
  *p_addr = 9;
  // 此时数组内数据为：{6,7,8,9}
  

• 引用只能指向一个对象，不能直接给其一个地址，也不能空引用

  Student stu = new Student();
  Student stu = 0x12000; // 对不起，编译不通过。。。
  

• 有什么用？

  • 在底层驱动开发时，寄存器的地址是固定的，

    • 想要修改寄存器的数据，需创建一个指针，把寄存器地址赋给指针，然后去修改寄存器。

      // 点亮一个LED
      int* p_led_addr = 0x1233; // LED寄存器地址是0x1233，将其赋给指针p_led_addr
      *p_led_addr = 1; // LED亮
      *p_led_addr = 0; // LED灭
      int state = *p_led_addr; // 读取LED的亮灭状态
      

    • 修改连续地址的多个寄存器

      // 点亮多个LED
      int* p_led_addr = 0x1233; // LED寄存器地址是0x1233，将其赋给指针p_led_addr
      *p_led_addr = 1; // LED亮
      *(p_led_addr+1) = 1; // LED2亮
      *(p_led_addr+2) = 1; // LED3亮
      

  • 显而易见，引用能不能干？？？干不了！

2.2、指针可以随意修改所指向地址的数据

• 指针大法

  Student stu1 = new Student(1, 20);
  Student* p_addr = &stu1; // 创建Student类型的指针，指向一个stu1
  *p_addr = 24242; // 将24242写入stu1的地址
  

• 引用只能修改所指向对象的固定成员，或者通过所指向对象提供的固定方法来修改数据

• 有什么用？

  • 好像没啥用。。。

3、指针的缺陷

3.1、野指针

• 定义
  • 指针在创建时，未初始化，此时指向的地址是随机的！此时指针读写，破坏程序运行！
  • 指针所指向地址的数据已经被释放，此时指针读写，则破坏程序运行！
• 原因
  • 指针可以指向任意一个地址；而引用必须指向一个确定的对象
  • 指针不能自动解除指向；而引用在指向的对象销毁时，会自动解引用
• 后果
  • 程序奔溃、不能按预期运行、代码漏洞

3.2、C语言强制类型转换造成的内存误修改

• 定义
  • 将类型A的变量s，强制转换成类型B，然后将其s的地址赋给指向类型B的指针p，对指针p读写
  • 此时类型B的数据结构可能并不兼容类型A，导致对变量s的误修改
• 原因
  • C语言强制类型转换的不严格检查，过于粗鲁
  • 这是C++为什么要引入四个转换符的原因
• 后果
  • 程序奔溃、不能按预期运行、代码漏洞

4、总结

4.1、引用能做到的，指针都能无损的做到——反之则不行

• 指针的操作符 * 能干的活，引用干不了，也就是指针能直接对地址的数据进行读写，引用则不能

• 指针可以指向任意一个地址（甚至空地址），引用只能指向一个对象（不可空引用）

  • 指针可以对地址进行加减操作，从而修改相邻地址的数据，比如修改一个数组
  • 指针不能自动解除指向；而引用在指向的对象销毁时，会自动解引用

• 指针可以随意修改所指向地址的数据

  • 引用只能修改所指向对象的固定成员，或者通过所指向对象提供的固定方法来修改数据

4.2、指针的灵活带来缺陷，引用的不灵活带来安全

引用避免了对地址的直接读写，增强了内存操作的规范，从而增强了语言内存安全性，降低了对开发者的要求。

指针和引用，各有各的用途，我们理解本质后，在不同的场景选择合适的工具即可！

4.3、题外话：C++引用和Java引用的区别

C++中一个引用指向的地址不会改变，改变的是指向地址的内容，然而Java中引用指向的地址在变！！

如果非要对比着看，那么Java中的“引用”倒是和C/C++的指针更像一些，和C++的“引用”很不一样。

java去除指针概念，就用引用罗…

你看 java:

A a = new A(1); 
A b = new A(2); 
b = a; 

没有问题，a 和 b引用同一个对象A(2)，原来的A(1)成为没有被引用的对象。 垃圾回收机制会在之后的某个时刻把A(1)干掉。

而C++则不然。C++的引用就语义上说是“别名”【本质是个const指针，又叫指针常量】，而并不是指针的另一种用法：

A a = A(1); 
A b = A(2); 
A& c = b; //c 是 b的别名 
c = a; //并不是 c 引用 a，而是拷贝操作 c.operator= ( a ) 

就语言机制来说，java的引用是用来管理和命名对象；

而，C++的引用机制是很纯粹的，就是别名而已，一旦定义就无法修改，即无法再指向其他变量。

每种语言的特性都是整体的有机部分。

我们知道， java的引用机制是一个很复杂的机制。他必须区分“基本对象”和“复合对象”，你可以想象一下，如果其中没有基本对象，那么我们如何完成对象的复制？ 唯一的解决方案是提供两个等于号，或者一律用构造函数… 但是综合来看，他和垃圾回收形成了相当完美的组合方案。

而C++ 的引用机制为运算符重载提供了大幅度的支持。C++ 的引用是用类“模拟”基本对象的根本要求。 如果C++使用java那种引用，那么原本漂亮的 operator[]、 proxy class 等就很难实现了。 更进一步， C++ 的运算符重载对 C++ 的模版机制提供了强力的支持