(原創) pointer和reference有什么差别呢? (C/C++)

C语言和其它程序性语言，如FORTRAN，Pascal，BASIC最大的差别就在于pointer，而pointer也是学习C语言最大的门坎，pointer的本意是希望function在传递数据时，不用将数据用copy的方式将数据copy进function的stack中，以加快程序执行速度和节省内存，如array通常占的内存都很大，若copy的方式势必降低速度且耗内存，但pointer的缺点就是程序不易阅读，需要一段时间去熟析这种怪异的语法。

C++为了解决pointer程序不易阅读的问题，增加了reference型别，C#/Java也取消了pointer，用reference取代pointer，但reference和pointer有什么不同呢?

Reference基本上存的也是『内存地址』，这和pointer一样，但pointer取值时，还必须dereference，也就是必须透过『*』才能取值，因此才会出现*** pointer to pointer to pointer这种难以理解的语法，但reference是一种『高级的pointer』，不需deference即可取值，所以不论是几层，仍然是reference这个变量而已，也因为不需dereference，所以书上都强调reference可视为变量的alias(别名、化名)(C++ Primer 4th P.59 A reference is an alias.)，这使的reference骨子里存的是内存地址，但用起来却和一般变量一样方便，程序也漂亮许多，我们看一下(以下程序摘自 多型与虚拟 对象导向的精随 P.27侯俊杰)

 1#include <iostream>
 2
 3int* func1(int* x);
 4int& func2(int& x);
 5
 6int main() {
 7  int a = 0;
 8
 9  std::cout << *func1(&a) << std::endl; // output : 1;
10
11  std::cout << func2(a) << std::endl;   // output : 2
12}
13
14// Use pointer
15int* func1(int* x) {
16  (*x)++;
17
18  return x;
19}
20
21// Use reference
22int& func2(int& x) {
23  x++;
24
25  return x;
26}

各位就可看到，若用reference写，程序是不是好看很多了?再举一个例子，将两个变量的内容交换：

 1#include <iostream>
 2
 3void swap1(int* x, int* y);
 4void swap2(int& x, int& y);
 5
 6int main() {
 7  int x = 1;
 8  int y = 2;
 9
10  std::cout << "x=" << x << " y=" << y << std::endl; // Output : x=1 y=2
11  
12  // Use pointer
13  swap1(&x, &y);
14  std::cout << "x=" << x << " y=" << y << std::endl; // Output : x=2 y=1
15
16  // Use reference
17  swap2(x,y);
18  std::cout << "x=" << x << " y=" << y << std::endl; // Output : x=1 y=2
19}
20
21void swap1(int* x, int *y) {
22  int tmp = *y;
23  *y = *x;
24  *x = tmp;
25}
26
27void swap2(int& x, int& y) {
28  int tmp = y;
29  y = x;
30  x = tmp;
31}
32

以上的例子，都明显的发现reference的确比pointer优秀，但相信很多人跟我一样，基乎没有使用这种Call by pointer(reference)的方式传值，都使用Call by value的方式，因为怕的就是Side effect，由于argument和parameter的内存地址相同，若function中不小心改了parameter的变量，就造成argument变量值改变了，在其它语言的确没有解决的方案(C#/Java/VB)，但在C++中，提供了const reference的方式，让parameter为只读，若程序不小心改了parameter，compiler会挡下来：

 1#include <iostream>
 2
 3int Add(const int& x, const int& y);
 4
 5int main() {
 6  int x = 1;
 7  int y = 2;
 8  int s = 0;
 9
10  s = Add(x,y);
11
12  std::cout << x << " + " << y << " = " << s << std::endl; // Output : 1 + 2 = 3
13}
14
15int Add(const int& x, const int& y) {
16  // x++; Compile error : you can not assign a varible that is const.
17  return x + y;
18}
19
20
21

所以为了程序效率以及节省内存，应该尽量使用reference来写程序，可以避免copy的动作，而且reference的写法程序的可读性远比pointer高，而写法基乎和一般变量一样，只有宣告reference时不一样而已。

Reference
C++ Primer 4th P.58
多型与虚拟 对象导向的精随 P.27 侯俊杰