說道C++的指針，很多人都很頭疼，也很confuse。經常把它和變數名，引用（reference）等混淆，其實這最主要的原因是很多程式員對於基本知識的掌握有問題，從而導致的很多基本概念的混淆。本文就是從最基本的概念講起，著重分析和比較指針和引用。主要從以下幾個方面著重的講解： 1. 變數（varia ...
說道C++的指針，很多人都很頭疼，也很confuse。經常把它和變數名，引用（reference）等混淆，其實這最主要的原因是很多程式員對於基本知識的掌握有問題，從而導致的很多基本概念的混淆。本文就是從最基本的概念講起，著重分析和比較指針和引用。主要從以下幾個方面著重的講解：
1. 變數（variable）的表現形式；
2. 指針的結構和原理；
3. 引用的結構和原理；
4. 指針在Array中的應用和註意事項；
5. 指針不能dereference的幾種情況；
一：變數的形式
說道變數，很多人都覺得非常簡單，每天都在定義變數，應用變數。可是有沒有停下腳步細細的品味一下具體什麼是變數呢？變數（variable）的定義在電腦科學中到底是如何定義的？然後variable到底是在記憶體中如何存儲值的呢？那麼跟著上面的問題，我們來一一的解答，首先最重要的，variable的定義，當你申明一個變數的時候，電腦會將指定的一塊記憶體空間和變數名進行綁定；這個定義很簡單，但其實很抽象，例如：int x = 5; 這是一句最簡單的變數賦值語句了， 我們常說“x等於5”，其實這種說法是錯誤的，x僅僅是變數的一個名字而已，它本身不等於任何值的。這條statement的正確翻譯應該是：“將5賦值於名字叫做x的記憶體空間”，其本質是將值5賦值到一塊記憶體空間，而這個記憶體空間名叫做x。切記：x只是簡單的一個別名而已，x不等於任何值。其圖示如下：
變數在記憶體中的操作其實是需要經過2個步驟的：
1）找出與變數名相對應的記憶體地址。
2）根據找到的地址，取出該地址對應的記憶體空間裡面的值進行操作。
二：指針的結構和原理
首先介紹到底什麼是指針？指針變數和任何變數一樣，也有變數名，和這個變數名對應的記憶體空間，只是指針的特殊之處在於：指針變數相對應的記憶體空間存儲的值恰好是某個記憶體地址。這也是指針變數區別去其他變數的特征之一。例如某個指針的定義如下：
int x = 5; int *ptr = &x;
ptr即是一個指正變數名。通過指針獲取這個指針指向的記憶體中的值稱為dereference，這個的中文翻譯叫啥我也不知道。【慚愧】，哈哈。dereference
其相對於記憶體空間的表示如下：
特別提醒：這裡千萬千萬不要鑽進變數名x, ptr的牛角尖裡面，不要去思考這些變數名存儲在哪裡，變數名僅僅是一塊記憶體空間的代號名字而已，我們應該關心的是這些變數名相對應的記憶體地址。根據上面的分析可以看出，指針變數和任何變數在記憶體中的形式是相同的，僅僅在於其存儲的值比較特殊而已。
三：引用在記憶體中的結構和原理
引用（reference）在C++中也是經常被用到，尤其是在作為函數參數的時候，需要在函數內部修改更新函數外部的值的時候，可以說是引用場景非常豐富。但程式員一般很難或者不註意分析reference和pointer，只是知道怎麼應用而已，而不去具體分析這個reference。下麵我就來簡單的分析一下這個reference。首先我們必須明確的一點就是：reference是一種特殊的pointer。從這可以看出reference在記憶體中的存儲結構應該跟上面的指針是一樣的，也是存儲的一塊記憶體的地址。例如reference的定義如下：
int x = 5; int &y = x;
reference 和 pointer主要有以下3中不同點：
1）reference不需要dereference即可直接獲取到指向的記憶體空間的值。例如上例中，直接y就可以獲取reference y所指向的記憶體空間的值，而不需要*y來獲取。
2）reference的賦值操作也不需要取地址符來賦值，可以直接通過變數名，例如上例中，int &y = x, 而不需要 int &y = &x;
3) reference 在申明的時候就必須要有初始值，而且reference變數指向的記憶體地址是不能變化，不像pointer那樣可以很靈活的重新指向其他地址。
reference和pointer在記憶體中的結構和關係如下圖所示：
四：指針在Array中的應用和註意事項
在C++中，一個Array類型的變數arr, 其實本質是一個指向數組第一個元素的指針。字元串string在C++中其實就是一個char類型的array，例如：char arr[] = {'a','b','c','d','e','\0'};這就是表示的一串字元串“abcde”，其中arr[0],arr[1], arr[2]..........之間相差的數值可能並不一定是1byte, 要根據這個數組的類型來判斷，compiler會自動判斷它們之間的相差值的; 另外在c++中字元串也可以用string literals(求大神翻譯)的方式表示，即：char *arr2 = "abcde"; 但是通過string literal方式表示的字元串是read only的，不能修改的， 例如：*（arr2+1）= 'f'; 這句語句會產生error的。其在記憶體中的表現形式如下圖所示：
五：指針不能dereference的情況
但一個指針的值是invalid的時候，那麼這個指針是不能dereference的。那麼到底哪幾種情況是invalid的呢？主要有以下幾種情況：
1）當這個指針的值是NULL的時候，這個指針是不能dereference的。因為指針為NULL，即表示這個指針指向記憶體地址為0的地址塊，記憶體地址為0的記憶體空間是沒有值的，所以是不能dereference的； 例如：int *ptr = NULL; cout<<*ptr<<endl; 是錯誤的。
2）當某個指針被deallocte或者某個指針所在的記憶體空間被erase了的話，那麼這個指針也是不能被dereference的；例如下麵的代碼：
int *function(int a){ int temp = 5; return &temp; }
上面的代碼返回的指針也是不能dereference的，因為temp出了作用域後會被系統回收這一塊空間，temp所占的記憶體空間已經被erase了，所以它返回的指針是一個指向被erase了的記憶體空間。也是不能dereference的，否則會出錯。編譯階段會給出警告，在runtime的時候，如果dereference是會有error的。
好了C++的指針（pointer）和引用（reference）就先總結到這裡了。
如果有什麼問題歡迎大家的留言或者建議。謝謝
