Последнее обновление：2026-10-12

C++ указатели и ссылки¶

Об авторе:¶

Личный официальный аккаунт:

wechat

1.Ссылки и указатели¶

Общая картина:

Ссылка	Указатель
Должна быть инициализирована	Может не инициализироваться
Не может быть пустой	Может быть пустым
Не может сменить цель	Может сменить цель

Ссылка должна быть инициализирована, а указатель может не инициализироваться.

При определении ссылки мы обязаны задать ей начальное значение, а указатель — нет.

int &r;    //不合法，没有初始化引用
int *p;    //合法，但p为野指针，使用需要小心

Ссылка не может быть пустой, а указатель может.

Поскольку ссылка не может быть пустой, при работе со ссылкой нам не нужно проверять её корректность, тогда как при работе с указателем сначала нужно проверить, не является ли он нулевым, иначе возможно аварийное завершение программы.

void test_p(int* p)
{
    if(p != null_ptr)    //对p所指对象赋值时需先判断p是否为空指针
        *p = 3;
    return;
}
void test_r(int& r)
{
    r = 3;    //由于引用不能为空，所以此处无需判断r的有效性就可以对r直接赋值
    return;
}

Ссылка не может сменить цель

Указатель может в любой момент изменить своё направление, а ссылка может указывать только на объект, выбранный при инициализации, и не может это изменить.

int a = 1;
int b = 2;

int &r = a;    //初始化引用r指向变量a
int *p = &a;   //初始化指针p指向变量a

p = &b;        //指针p指向了变量b
r = b;         //引用r依然指向a，但a的值变成了b

2.Ссылки¶

Lvalue-ссылки¶

Обычные ссылки; как правило, выражают идентичность объекта.

Rvalue-ссылки¶

Rvalue-ссылка — это ссылка, которая обязана быть привязана к rvalue (временному объекту, объекту, который вот-вот будет уничтожен); как правило, она выражает значение объекта.

Rvalue-ссылки позволяют реализовать семантику перемещения (Move Semantics) и точную передачу (Perfect Forwarding); их главные цели двояки:

Устранить ненужное копирование объектов при их взаимодействии, сэкономить вычислительные ресурсы и ресурсы хранения, повысить эффективность.
Дать возможность более лаконично и ясно определять обобщённые функции.

Схлопывание ссылок¶

X& &, X& &&, X&& & схлопываются в X&
X&& && схлопывается в X&&

Ссылки в C++, уменьшая свободу программиста, повышают безопасность операций с памятью и красоту семантики. Например, обязательная инициализация ссылки позволяет при её использовании не проверять ссылку на пустоту, делает код более лаконичным и изящным и избавляет от повсеместного разгула указателей. Помимо этого сценария ссылки применяются ещё в двух случаях:

Параметры-ссылки

Обычно мы используем параметр const reference как входной параметр только для чтения; в этом случае можно избежать копирования параметра и одновременно получить такой же способ вызова, как при передаче по значению.

void test(const vector<int> &data)
{
    //...
}
int main()
{
    vector<int> data{1,2,3,4,5,6,7,8};
    test(data);
}

Возвращаемые значения-ссылки

C++ предоставляет возможность перегрузки операторов; при перегрузке некоторых операторов использование возвращаемого значения-ссылки даёт такой же синтаксис вызова, как у исходного оператора, сохраняя согласованность его семантики. Один из примеров — оператор operator []: этот оператор, как правило, должен возвращать объект-ссылку, чтобы его можно было корректно изменять.

vector<int> v(10);
v[5] = 10;    //[]操作符返回引用，然后vector对应元素才能被修改
              //如果[]操作符不返回引用而是指针的话，赋值语句则需要这样写
*v[5] = 10;   //这种书写方式，完全不符合我们对[]调用的认知，容易产生误解

3.Разница в производительности между указателями и ссылками¶

Есть ли разница в производительности между указателями и ссылками? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно спуститься на уровень ассемблера. Сначала напишем функцию test1 с передачей параметра через указатель:

void test1(int* p)
{
    *p = 3;    //此处应该首先判断p是否为空，为了测试的需要，此处我们没加。
    return;
}

Ассемблерный код, соответствующий этому фрагменту, таков:

(gdb) disassemble 
Dump of assembler code for function test1(int*):
   0x0000000000400886 <+0>:  push   %rbp
   0x0000000000400887 <+1>:  mov    %rsp,%rbp
   0x000000000040088a <+4>:  mov    %rdi,-0x8(%rbp)
=> 0x000000000040088e <+8>:  mov    -0x8(%rbp),%rax
   0x0000000000400892 <+12>: movl   $0x3,(%rax)
   0x0000000000400898 <+18>: nop
   0x0000000000400899 <+19>: pop    %rbp
   0x000000000040089a <+20>: retq   
End of assembler dump.

В приведённом коде строки 1 и 2 — операции сохранения контекста при вызове параметров; строка 3 — передача параметра: первый аргумент вызова функции обычно помещается в регистр rdi, и эта строка записывает значение регистра rdi (значение указателя p) в стек; строка 4 записывает значение p из стека в регистр rax; строка 5 записывает непосредственное значение 3 в память, на которую указывает значение регистра rax; здесь обратите внимание на скобки вокруг (%rax) — они вовсе не необязательны: (%rax) и %rax — совершенно разные вещи; (%rax) обозначает память по адресу, хранящемуся в регистре rax, что эквивалентно *p в коде C++, а %rax обозначает сам регистр rax, что эквивалентно значению p в коде C++; поэтому в ассемблере здесь используется (%rax), а не %rax.

Теперь напишем фрагмент кода C++ test2 с передачей параметра по ссылке:

void test2(int& r)
{
    r = 3;    //赋值前无需判断reference是否为空
    return;
}

Ассемблерный код, соответствующий этому фрагменту:

(gdb) disassemble 
Dump of assembler code for function test2(int&):
   0x000000000040089b <+0>:  push   %rbp
   0x000000000040089c <+1>:  mov    %rsp,%rbp
   0x000000000040089f <+4>:  mov    %rdi,-0x8(%rbp)
=> 0x00000000004008a3 <+8>:  mov    -0x8(%rbp),%rax
   0x00000000004008a7 <+12>: movl   $0x3,(%rax)
   0x00000000004008ad <+18>: nop
   0x00000000004008ae <+19>: pop    %rbp
   0x00000000004008af <+20>: retq   
End of assembler dump.

Мы обнаруживаем, что ассемблерный код test2 полностью совпадает с ассемблерным кодом test1; это показывает, что компилятор C++ при компиляции программы превращает указатели и ссылки в совершенно одинаковый машинный код. Поэтому ссылка в C++ — лишь «синтаксический сахар» над операциями с указателями: на нижнем уровне компилятор C++ реализует обе операции совершенно одинаково.

3.Резюме¶

В C++ введена операция ссылки: наложив на использование ссылок больше ограничений, язык обеспечивает их безопасность и удобство, а также сохраняет элегантность кода. Используйте подходящую операцию в подходящей ситуации: применение ссылок в определённой мере позволяет избежать «повсеместного разгула указателей» и положительно сказывается на стабильности программы. Наконец, указатели и ссылки реализованы на нижнем уровне одинаково — не беспокойтесь о разнице в их производительности.

Часть материала взята из: http://irootlee.com/juicer_pointer_reference/#