C++中指针、引用与const的深入解析

一、对数组的引用

const int n = 10;
int ar[n] = {12,23,34,45,56,67,78,89,100};
描述数组：类型加上原始空间大小。
​
int &ra = ar[1];
​
int &br = ar;//error
int (&br)[n] = ar;//ok

int *pa[10];
int &pr[10];//error;为什么不能编译成功

1. 引用数组的概念：在 C++ 中，引用是一个别名，它必须被初始化以指向一个已经存在的对象。引用本身不是一个对象，它不能“存储”值，而是直接引用另一个对象的值。因此，引用类型不能用作数组的元素类型，因为数组的元素需要在数组创建时被默认初始化（如果它们没有显式初始化），而引用类型不能被默认初始化。

2. 初始化问题：当声明一个数组时，数组的每个元素都需要被初始化（除非它们被显式地标记为未初始化，例如在某些类型的动态分配中）。然而，对于引用类型的数组，每个元素都需要一个已存在的对象来引用，这在数组声明时通常是不可能的，因为编译器不知道要引用哪些具体的对象。

3. 编译器的限制：由于上述原因，C++ 标准不允许创建引用类型的数组。编译器在遇到这样的声明时会报错，因为它违反了引用的基本规则和数组的内存管理需求。

二、对指针的引用

int a = 10, b = 20;
int *p = &a;  //p是a指针，保存a的地址
int *s = p; //s是p的指针，保存p的地址
int *&rp = p;//rp是指针的引用，即是p的别名
​
*rp = 100;//通过解引用修改的是a的值
rp = &b;将p保存的地址修改为b的地址

三、例题，将指针，引用，const融合起来，分析

int main()
{
    int a = 10, b = 20;
    int* const p = &a;
    int* s1 = p;
    const int *s2 = p;
    int* const s3 = p;
    const int* const s4= p;
}

这是之前做过的一个例题，但是分析结果是所有都能编译通过，因为所有表达式都没有去试图修改p自身的值

如果改型为下述，分析结果

int main()
{
    int a = 10, b = 20;
    int* const p = &a;
    
    int* &s1 = p;
    const int *&s2 = p;
    int* const &s3 = p;
    const int* const &s4= p;
}

我们定义了一个常性指针，即p自身的值不能修改，所有试图能够修改p自身值的定义都不能被编译通过，接下来逐个分析：

①定义s1是p指针的引用，即s1是p的别名，如果修改s1自身，就会试图修改p的值，所以不能编译通过；

②定义s2是一个指向常量的指针的引用，仍然是p的别名，但是这个别名指向的位置是常性的，这意味着通过 s2，不能修改 p 指向的值，但可以让 s2指向另一个地址，即可以通过s2修改p的值，所以不能编译；

③定义s3作为一个常性指针的引用，即不可以通过s3改变p的值，但可以改变p指向的值，合法；

④s4是一个常性的指向常量的指针的引用，既不能修改 s4 指向的地址，也不能修改 s4指向的值。

四、总结

1. 指针与引用的区别：
   • 指针是一个变量，存储了另一个变量的内存地址。指针可以被重新赋值以指向其他对象，也可以进行算术运算。
   • 引用是一个别名，它必须被初始化以指向一个已经存在的对象，并且在初始化后不能改变其指向。引用更直观，更安全。
2. 引用数组的概念与限制：
   • 在C++中，不允许创建引用类型的数组，因为数组的每个元素需要在创建时被初始化，而引用类型不能被默认初始化。
   • 每个引用元素都需要引用一个已经存在的对象，这在数组声明时通常是不可能的。
3. 指针的引用：
   • 引用指针（即指针的引用）是合法的，并且可以用于改变指针所指向的地址。
   • 例如，int *&rp = p; 使得 rp 成为 p 的别名，通过 rp 可以修改 p 所指向的地址。
4. const与指针、引用的结合：
   • const int* p;：p 是一个指向常量的指针，可以通过 p 读取所指向的值，但不能通过 p 修改所指向的值。
   • int* const p = &a;：p 是一个常性指针，指向 int 类型变量 a，p 本身的值（即它所存储的地址）不能被修改，但可以通过 p 修改所指向的 int 值。
   • 当 const 与指针的引用结合时，需要特别注意指针本身的常性（即指针的值是否能被修改）以及指针所指向对象的常性（即所指向的值是否能被修改）。
5. 常见误区分析：
   • 试图让非常性指针的引用指向常性指针是错误的，因为这会允许通过引用（一个非常性指针的引用）来“修改”（即重新赋值）常性指针所指向的地址。
   • 指向常量的指针的引用（即使该引用本身不是常性的）也不能用于改变常性指针所指向的地址，因为常性指针的值本身是不能被修改的。这里的错误在于混淆了指针的常性和所指向对象的常性。
   • 常性指针的引用是合法的，它允许通过引用（实际上是常性指针的别名）来访问或修改常性指针所指向的值，但不能改变常性指针所指向的地址。
   • 指向常量的常性指针的引用是最严格的，既不能改变所指向的地址，也不能修改所指向的值。