指针与引用
指针与引用
本文讲解编程语言中指针(Pointer)与引用(Reference)的概念, 并且对比了常见语言中这两个概念的区别.
C++
指针和引用在C++中是非常重要的概念, 初学者很容易在指针和引用的概念上混淆(因为这两者太像了).
如何理解两者的本质:
- 指针的本质: 存储地址的变量(实体)
- 引用的本质: 变量的别名
但在汇编层面指针和引用是一样的,只是编译器对两者做了区分,引用可以看作是更加安全的指针,进行了许多限制,大部分情况应该优先使用引用。
下面列个表格,对比这两者的区别
- &的二义性: 既是引用的定义, 也是取地址符
| 指针 ( |
引用 ( |
|
|---|---|---|
| 可以多级 (type **a) | √ | × |
| 可以不用初始化 | √ | × |
| 可以指向 NULL | √ | × |
| 可以改变 | √ | × |
| 有自己独立的地址 | √ | × |
| sizeof(a) | len( |
len( |
| 自增运算 | 地址++ | 变量值++ |
| 成员访问 | -> | . |
| const（右） | ||
| const（左） | const |
const |
- 指针的引用 (
*&r = p;) - 引用的指针 (
*p = &r;)
使用场景
优先使用引用，必要时用指针
- 指针的操作权限更多, 容易带来危险操作
指针的使用场景
- 实现链表或者树之类的数据结构
- 传递函数参数 (避免copy引起的开销)
引用的使用场景
- 传递函数参数 (避免copy引起的开销, 且不需要检查引用是否为NULL)
此外还有函数指针,这里不谈了 (C++的内容实在是繁杂)
Go
Golang中也有指针类型, 但没有引用.
而且Go的指针也与C++中的指针有很多不同之处:
- 指针值不支持数学运算 (避免指针对内存的任意操作)
- 不同类型的指针无法直接赋值
- 局部变量的指针可以被"安全"的返回
这里需要介绍一些关于Go中的函数参数传递的知识.
-
Go中只有值传递 (指针类型一样)
-
如果需要在函数中修改参数值, 可以使用指针
-
引用类型变量存储的是地址, 因此可以在参数中修改原值
Go的变量包括值类型和引用类型, 引用类型只有slice, channel 和 map 三种, 引用类型的特点是变量存储的是地址, 因此传引用类型到函数中修改会影响原值.
Python
Python没有引用, 也没有显式的指针, 只有对象引用, 这和其内存管理方式密切相关.
Python是通过"引用计数"自动管理内存的, 程序中的每个对象的引用个数都会被记录, 当引用个数为0时会被垃圾回收机制回收, 既不需要分配, 也不用担心回收.
Python中一切皆对象, 对象是一个三元组 (Id, Type, Value), 变量和对象之间的关系为引用, 变量更像是指针.
Python的对象类型分为可变(mutable)和不可变(immutable). 可变类型包括 list, dict, set, bytearray, user-defined classes, 这些类型在函数内部修改会影响原值.
这里又会引出浅拷贝和深拷贝的区别. 浅拷贝只复制了对象的引用, 本质共享同一个对象; 深拷贝则是创建了对象的副本, 修改不会影响原值.
Java
Java的数据类型分为基本类型(byte, short, int, long, double, float, char, boolean)和引用类型.
Java中没有指针, 但引用本质上就是"指针", Java引用存储实际就是对象的地址, 引用存储在栈区, 而对象存储在堆区. 区别在于Java引用对指针进行了封装, 使其无法直接操作内存.
Java引用和C++引用存在区别, Java引用有自己的内存 (和C++指针比较像), 存储地址, 而C++引用只是别名.
参考
C++中，引用和指针的区别是什么？ - 知乎 (zhihu.com)
C++中“引用”的底层实现 - hoodlum1980 - 博客园 (cnblogs.com)
Go 语言没有引用类型，指针也与众不同 - 知乎 (zhihu.com)