地址、指针与引用
计算机本身是不认识程序中给的变量名，不管我们以何种方式给变量命名，最终都会转化为相应的地址，编译器会生成一些符号常量并且与对应的地址相关联，以达到访问变量的目的。
变量是在内存中用来存储数据以供程序使用，变量主要有两个部分构成：变量名、变量类型，其中变量名对应了一块具体的内存地址，而变量类型则表明该如何翻译内存中存储的二级制数。我们知道不同的类型翻译为二进制的值不同，比如整型是直接通过数学转化、浮点数是采用IEEE的方法、字符则根据ASCII码转化，同样变量类型决定了变量所占的内存大小，以及如何在二进制和变量所表达的真正意义之间转化。而指针变量也是一个变量，在内存中也占空间，不过比较特殊的是它存储的是其他变量的地址。在32位的机器中，每个进程能访问4GB的内存地址空间，所以程序中的地址采用32位二进制数表示，也就是一个整型变量的长度，地址值一般没有负数所以准确的说指针变量的类型应该是unsigned int 即每个指针变量占4个字节。还记得在定义结构体中可以使用该结构体的指针作为成员，但是不能使用该结构的实例作为成员吗？这是因为编译器需要根据各个成员变量的大小分配相关的内存，用该结构体的实例作为成员时，该结构体根本没有定义完整，编译器是不会知道该如何分配内存的，而任何类型的指针都只占4个字节，编译器自然知道如何分配内存。我们在书写指针变量时给定的类型是它所指向的变量的类型，这个类型决定了如何翻译所对应内存中的值，以及该访问多少个字节的内存。对指针的间接访问会先先取出值，访问到对应的内存，再根据指针所指向的变量的类型，翻译成对应的值。一般指针只能指向对应类型的变量，比如int类型的指针只能指向int型的变量，而有一种指针变量可以指向所有类型的变量，它就是void类型的指针变量，但是由于这种类型的变量没有指定它所对应的变量的类型，所以即使有了对应的地址，它也不知道该取多大内存的数据，以及如何解释这些数据，所以这种类型的指针不支持间接访问，下面是一个间接访问的例子：
int main() { int nValue = 10; float fValue = 10.0f; char cValue = 'C'; int *pnValue = &nValue; float *pfValue = &fValue; char *pcValue = &cValue; printf("pnValue = %x, *pnValue = %d\n", pnValue, *pnValue); printf("pfValue = %x, *pfValue = %f\n", pfValue, *pfValue); printf("pcValue = %x, *pcValue = %c\n", pcValue, *pcValue); return 0; }
下面是它对应的反汇编代码（部分）：
10: int nValue = 10; 00401268 mov dword ptr [ebp-4],0Ah 11: float fValue = 10.0f; 0040126F mov dword ptr [ebp-8],41200000h 12: char cValue = 'C'; 00401276 mov byte ptr [ebp-0Ch],43h 13: int *pnValue = &nValue; 0040127A lea eax,[ebp-4] 0040127D mov dword ptr [ebp-10h],eax 14: float *pfValue = &fValue; 00401280 lea ecx,[ebp-8] 00401283 mov dword ptr [ebp-14h],ecx 15: char *pcValue = &cValue; 00401286 lea edx,[ebp-0Ch] 00401289 mov dword ptr [ebp-18h],edx 16: printf("pnValue = %x, *pnValue = %d\n", pnValue, *pnValue); 0040128C mov eax,dword ptr [ebp-10h] 0040128F mov ecx,dword ptr [eax] 00401291 push ecx 00401292 mov edx,dword ptr [ebp-10h] 00401295 push edx 00401296 push offset string "pnValue = %x, *pnValue = %d\n" (00432064) 0040129B call printf (00401580) 004012A0 add esp,0Ch
从上面的汇编代码可以看到指针变量会占内存空间，它们的地址分别是：[ebp - 10h] 、 [ebp - 14h]、 [ebp - 18h],在给指针变量赋值时首先将变量的地址赋值给临时寄存器，然后将寄存器的值赋值给指针变量，而通过间接访问时也经过了一个临时寄存器，先将指针变量的值赋值给临时寄存器（mov eax,dword ptr [ebp-10h])然后通过这个临时寄存器访问变量的地址空间，得到变量值（ mov ecx,dword ptr [eax])，由于间接访问进过了这几步，所以在效率上是比不上直接使用变量。下面是对char型变量的间接访问：
004012BF mov edx,dword ptr [ebp-18h] 004012C2 movsx eax,byte ptr [edx] 004012C5 push eax
首先也是将指针变量的值取出来，放到寄存器中，然后根据寄存器寻址找到变量对应的地址，访问变量。其中”bye ptr“表示只操作该地址中的一个字节。
对于地址我们可以进行加法和减法操作，地址的加法主要用于向下寻址，一般用于数组等占用连续内存空间的数据结构，一般是地址加上一个数值，表示向后偏移一定的单位，指针同样也有这样的操作，但是与地址值不同的是指针每加一个单位，表示向后偏移一个元素，而地址值加1则就是在原来的基础上加上一。指针偏移是根据其所指向的变量类型来决定的，比如有下面的程序：
int main(int argc, char* argv[]) { char szBuf[5] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89}; int *pInt = (int*)szBuf; short *pShort = (short*)szBuf; char *pChar = szBuf; pInt += 1; pShort += 1; pChar += 1; return 0; }
它的汇编代码如下：
9: char szBuf[5] = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89}; 00401028 mov byte ptr [ebp-8],1 0040102C mov byte ptr [ebp-7],23h 00401030 mov byte ptr [ebp-6],45h 00401034 mov byte ptr [ebp-5],67h 00401038 mov byte ptr [ebp-4],89h 10: int *pInt = (int*)szBuf; 0040103C lea eax,[ebp-8] 0040103F mov dword ptr [ebp-0Ch],eax 11: short *pShort = (short*)szBuf; 00401042 lea ecx,[ebp-8] 00401045 mov dword ptr [ebp-10h],ecx 12: char *pChar = szBuf; 00401048 lea edx,[ebp-8] 0040104B mov dword ptr [ebp-14h],edx 13: 14: pInt += 1; 0040104E mov eax,dword ptr [ebp-0Ch] 00401051 add eax,4 00401054 mov dword ptr [ebp-0Ch],eax 15: pShort += 1; 00401057 mov ecx,dword ptr [ebp-10h] 0040105A add ecx,2 0040105D mov dword ptr [ebp-10h],ecx 16: pChar += 1; 00401060 mov edx,dword ptr [ebp-14h] 00401063 add edx,1 00401066 mov dword ptr [ebp-14h],edx
根据其汇编代码可以看出，对于int型的指针，每加1个会向后偏移4个字节，short会偏移2个字节，char型的会偏移1个，所以根据以上的内容，可以得出一个公式：TYPE* P p + n = p + sizeof(TYPE) *n
根据上面的加法公式我们可以推导出两个指针的减法公式，TYPE *p1, TYPE* p2: p2 - p1 = ((int)p2 - (int)p1) / sizeof(TYPE)，两个指针相减得到的结果是两个指针之间拥有元素的个数。只有同类型的指针之间才可以相减。而指针的乘除法则没有意义，地址之间的乘除法也没有意义。
引用是在C++中提出的，是变量的一个别名，提出引用主要是希望减少指针的使用，引用于指针在一个函数中想上述例子中那样使用并没有太大的意义，大量使用它们是在函数中，作为参数传递，不仅可以节省效率，同时也可以传递一段缓冲，作为输出参数来使用。这大大提升了程序的效率以及灵活性。但是在一些新手程序员看来指针无疑是噩梦般的存在，所以C++引入了引用，希望代替指针。在一般的C++书中都说引用是变量的一个别名是不占内存的，但是我通过查看反汇编代码发现引用并不是向书上说的那样，下面是一段程序及它的反汇编代码：
int nValue = 10; int &rValue = nValue; printf("%d\n", rValue);
10: int nValue = 10; 00401268 mov dword ptr [ebp-4],0Ah 11: int &rValue = nValue; 0040126F lea eax,[ebp-4] 00401272 mov dword ptr [ebp-8],eax 12: printf("%d\n", rValue); 00401275 mov ecx,dword ptr [ebp-8] 00401278 mov edx,dword ptr [ecx] 0040127A push edx 0040127B push offset string "%d\n" (0042e01c) 00401280 call printf (00401520)
从汇编代码中可以看到，在定义引用并为它赋值的过程中，编译器其实是将变量的地址赋值给了一个新的变量，这个变量的地址是[ebp - 8h]，在调用printf函数的时候，编译器将地址取出并将它压到函数栈中。下面是将引用改为指针的情况：
10: int nValue = 10; 00401268 mov dword ptr [ebp-4],0Ah 11: int *pValue = &nValue; 0040126F lea eax,[ebp-4] 00401272 mov dword ptr [ebp-8],eax 12: printf("%d\n", *pValue); 00401275 mov ecx,dword ptr [ebp-8] 00401278 mov edx,dword ptr [ecx] 0040127A push edx 0040127B push offset string "%d\n" (0042e01c) 00401280 call printf (00401520)
两种情况的汇编代码完全一样，也就是说引用其实就是指针，编译器将其包装了一下，使它的行为变得和使用变量相同，而且在语法层面上做了一个限制，引用在定义的时候必须初始化，且初始化完成后就不能指向其他变量，这个行为与常指针相同。
