指針、引用這兩個(gè)概念幾乎是每個(gè)C開(kāi)發(fā)者入門(mén)時(shí)都要撞上的第一堵墻。我當(dāng)年學(xué)的時(shí)候也困惑了很久變量不就是名字嗎為什么非要再搞出一個(gè)“指針”指向它后來(lái)又冒出個(gè)“引用”跟指針那么像有什么用等真正上手寫(xiě)過(guò)幾個(gè)項(xiàng)目之后才明白這兩個(gè)機(jī)制不是語(yǔ)法設(shè)計(jì)者閑得沒(méi)事加的花活而是C能在系統(tǒng)級(jí)編程里站穩(wěn)腳跟的根本原因。這篇文章把指針和引用背后的設(shè)計(jì)邏輯、適用場(chǎng)景、以及我自己在實(shí)際項(xiàng)目中踩過(guò)的坑聊透希望能幫你把這塊知識(shí)串成一條線而不是死記一堆規(guī)則。適合正在學(xué)C的同學(xué)、剛轉(zhuǎn)C不久的程序員以及看了不少資料但總覺(jué)得“指針引用說(shuō)不清”的開(kāi)發(fā)者?？赐昴銜?huì)明白這兩個(gè)東西到底解決的是什么問(wèn)題以及現(xiàn)代C里它們各自的新位置。1. 指針和引用存在的根本原因內(nèi)存與間接1.1 一切從內(nèi)存模型說(shuō)起想理解指針和引用為什么存在先得回到計(jì)算機(jī)最基本的內(nèi)存模型。我們的程序運(yùn)行時(shí)變量總是存在某塊內(nèi)存地址上。你可以把內(nèi)存想象成一條巨大的、按字節(jié)編號(hào)的走廊每個(gè)房間都有自己的門(mén)牌號(hào)。一個(gè)int變量占據(jù)其中4個(gè)房間一個(gè)double占據(jù)8個(gè)。普通變量名在編譯之后本質(zhì)上是“某個(gè)門(mén)牌號(hào)”的別名編譯器幫你做了映射所以你在源碼里寫(xiě)int a 5;機(jī)器碼里操作的就是那個(gè)地址上的數(shù)據(jù)。指針的本質(zhì)就是把“門(mén)牌號(hào)”本身也變成一種數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)待。也就是說(shuō)指針變量存的內(nèi)容不是你要的值而是另一個(gè)變量的門(mén)牌號(hào)。這看起來(lái)多一層迂回但正是這層迂回給了我們程序運(yùn)行時(shí)不依賴(lài)編譯期已知信息、動(dòng)態(tài)地去訪問(wèn)數(shù)據(jù)的能力。如果你寫(xiě)過(guò)越大的程序就越能體會(huì)這一點(diǎn)編譯期能確定的東西是有限的很多對(duì)象的身份、數(shù)量、類(lèi)型只有在運(yùn)行的那一刻才知曉。沒(méi)有指針這種“存地址”的機(jī)制任何動(dòng)態(tài)行為都無(wú)從談起。1.2 間接訪問(wèn)從“對(duì)象本身”到“對(duì)象的位置”用一個(gè)很生活化的類(lèi)比。你住在一個(gè)小區(qū)里如果朋友要給你送快遞有兩種方式直接方式他親手把快遞送到你手上但前提是他必須當(dāng)場(chǎng)見(jiàn)到你。間接方式他記下你的住址指針然后快遞公司按地址投遞。就算你不在家快遞也能被放在指定位置甚至你搬家了只要住址更新快遞就能找到你。指針提供的正是這種“間接”。你不需要在編譯期知道一個(gè)對(duì)象的具體內(nèi)容只需要知道它的位置然后隨時(shí)通過(guò)這個(gè)位置去訪問(wèn)內(nèi)容。這種間接訪問(wèn)帶來(lái)的直接收益有兩類(lèi)一是共享與傳遞。比如函數(shù)里要操作一個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)體如果每次調(diào)用都拷貝一份時(shí)間和內(nèi)存都吃不消。傳地址進(jìn)去函數(shù)內(nèi)部通過(guò)地址訪問(wèn)同一個(gè)對(duì)象不產(chǎn)生拷貝。二是動(dòng)態(tài)生命周期管理。對(duì)象是否存活、存活多久不再局限于作用域?？梢酝ㄟ^(guò)new在堆上創(chuàng)建對(duì)象用指針在任意時(shí)刻、任意函數(shù)中訪問(wèn)它直到手動(dòng)釋放。這兩點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單卻是C能用來(lái)寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、游戲引擎、操作系統(tǒng)級(jí)組件的原因。很多語(yǔ)言比如Java、Go隱藏掉了直接地址操作用更安全的引用來(lái)替代C選擇把地址操作暴露給開(kāi)發(fā)者換來(lái)的是對(duì)內(nèi)存的完全控制力和極致的性能。1.3 指針系統(tǒng)編程的基本功指針在C里作為一等公民承擔(dān)了幾個(gè)無(wú)可替代的任務(wù)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理new返回指針delete接收指針。堆上對(duì)象的身份就是用指針來(lái)表達(dá)的。實(shí)現(xiàn)通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表節(jié)點(diǎn)里存next指針樹(shù)節(jié)點(diǎn)里存left、right指針。沒(méi)有指針這些結(jié)構(gòu)就只能用數(shù)組和下標(biāo)僵硬地模擬。操作數(shù)組和緩沖區(qū)數(shù)組名在表達(dá)式里退化成首元素指針指針運(yùn)算直接映射到底層內(nèi)存地址計(jì)算這是高性能數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)?；卣{(diào)機(jī)制函數(shù)指針讓人可以把一段行為作為參數(shù)傳遞這是C風(fēng)格回調(diào)、函數(shù)式寫(xiě)法的底層前提。自定義迭代器與泛型編程STL迭代器的內(nèi)核就是指針的抽象化原生指針本身就是最樸素的迭代器。從C時(shí)代繼承下來(lái)的這些能力決定了指針是C和底層硬件之間最直接的接口。后來(lái)C標(biāo)準(zhǔn)再怎么進(jìn)化指針的這個(gè)根子始終沒(méi)動(dòng)。1.4 引用安全封裝的間接訪問(wèn)指針好用但隱患也大——解引用空指針崩潰、野指針指向已釋放內(nèi)存、指針運(yùn)算越界……這些問(wèn)題在大型項(xiàng)目里造成的崩潰和漏洞數(shù)不勝數(shù)。C的設(shè)計(jì)者在指針之外提供了另一種間接訪問(wèn)機(jī)制就是引用。引用在底層實(shí)現(xiàn)上說(shuō)白了就是一個(gè)自動(dòng)解引用的指針。它綁定的對(duì)象在初始化后就不能再改了而且語(yǔ)法上使用它就和使用普通變量一樣不需要寫(xiě)*取內(nèi)容、不需要-取成員。從編譯器實(shí)現(xiàn)角度看引用并不一定真的占內(nèi)存很多情況下會(huì)被優(yōu)化掉但邏輯上它就是一個(gè)“對(duì)象的別名”。引用補(bǔ)上的一個(gè)關(guān)鍵短板是它強(qiáng)制你遵循“初始即綁定”的規(guī)則。一個(gè)引用一旦定義必須立刻綁定到一個(gè)合法的、無(wú)const修飾的左值或者按規(guī)則允許的其他類(lèi)型后續(xù)無(wú)法重定向。這就規(guī)避了指針“未初始化”“指向空”“莫名改變指向”這些最容易出錯(cuò)的場(chǎng)景。函數(shù)參數(shù)用引用調(diào)用處寫(xiě)起來(lái)和值傳遞一模一樣函數(shù)內(nèi)部操作的就是原對(duì)象不想被修改就加const。這種“看起來(lái)像值實(shí)際是別名”的體驗(yàn)讓代碼的可讀性上了一個(gè)臺(tái)階。你再也不用像C時(shí)代那樣看到函數(shù)調(diào)用都要檢查一下形參到底是不是指針、值會(huì)不會(huì)被改。2. 指針與引用的核心區(qū)別2.1 語(yǔ)法層面的差異語(yǔ)法上最直觀的差別就是使用方式不同指針定義用*取地址用解引用用*訪問(wèn)成員用-。引用定義用使用時(shí)就當(dāng)普通對(duì)象訪問(wèn)成員用.。int value 10; int* ptr value; // 指針需要取地址 int ref value; // 引用直接綁定 *ptr 20; // 指針需要解引用 ref 30; // 引用直接使用 std::cout value; // 輸出30兩次修改都作用于value一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目里最常見(jiàn)的混淆點(diǎn)是聲明時(shí)的*或到底屬于誰(shuí)int* p1, p2; // p1是指針p2是普通int int *p1, *p2; // 這樣才都是指針 int r1 a, r2 a; // r1是引用r2是普通int int r1 a, r2 a; // 兩個(gè)都是引用這種聲明語(yǔ)法確實(shí)容易坑人但理解了“*和修飾的是緊鄰的變量不是類(lèi)型”這個(gè)點(diǎn)就不會(huì)錯(cuò)了。新代碼里我建議一行只聲明一個(gè)變量徹底避開(kāi)這個(gè)問(wèn)題。2.2 空值語(yǔ)義與生命周期指針可以為空nullptr這在很多場(chǎng)景里是特性——比如鏈表尾節(jié)點(diǎn)用空指針表示某些可選參數(shù)用空指針表示“沒(méi)有”省得定義哨兵對(duì)象。引用卻必須綁定到一個(gè)有效對(duì)象。這帶來(lái)一個(gè)直接結(jié)果只要你能拿到一個(gè)引用你就可以相信它背后一定有一個(gè)對(duì)象存在除非程序本身已經(jīng)處于未定義行為狀態(tài)。這個(gè)性質(zhì)對(duì)代碼設(shè)計(jì)影響很大。函數(shù)參數(shù)多用引用就少了“判空”這一層邏輯。指針參數(shù)則必須在上手時(shí)檢查是否為空void ProcessByPointer(Obj* obj) { if (obj nullptr) { // 必須處理空指針情況 return; } obj-DoSomething(); } void ProcessByReference(Obj obj) { obj.DoSomething(); // 不需要判空 }我在代碼審查里經(jīng)常看到有人忘了指針判空直接解引用這在高負(fù)載、異常路徑下就是空指針崩潰的引信。如果你不想讓調(diào)用方可能傳空值進(jìn)來(lái)就優(yōu)先設(shè)計(jì)成引用只有“無(wú)對(duì)象”本身是合法狀態(tài)時(shí)才設(shè)計(jì)成指針。2.3 可重綁定 vs 固定綁定指針可以隨意改變指向今天指向?qū)ο驛明天指向?qū)ο驜。引用不行從綁定那一刻起就是固定的。ref b;這個(gè)語(yǔ)句看起來(lái)像重新綁定實(shí)際是把b的值賦給當(dāng)前引用的對(duì)象。int a 1, b 2; int ref a; ref b; // a 2a和b都變成2ref依然引用a int* ptr a; ptr b; // ptr現(xiàn)在指向b這個(gè)差異直接影響容器和算法的設(shè)計(jì)。比如設(shè)計(jì)一個(gè)“當(dāng)前節(jié)點(diǎn)”的游標(biāo)指針可以不斷移動(dòng)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)引用就只能固定綁定一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒(méi)法遍歷。反向思考你有一個(gè)長(zhǎng)期存在的訪問(wèn)入口不希望別人中途把它換掉引用就更合適它在接口層面就禁止了重綁定。在實(shí)際項(xiàng)目中這兩種語(yǔ)義各有各的用途硬要說(shuō)誰(shuí)好誰(shuí)壞沒(méi)有意義關(guān)鍵是你知道自己要的是“可移動(dòng)”還是“固定別名”。2.4 安全性對(duì)比從防護(hù)角度說(shuō)引用比指針安全得多不能為空、不能重綁定、使用上不需要解引用導(dǎo)致誤操作、被銷(xiāo)毀的臨時(shí)對(duì)象綁引用也受到規(guī)則限制后面細(xì)說(shuō)。我并不是說(shuō)引用沒(méi)坑而是說(shuō)同樣無(wú)意的錯(cuò)誤代碼引用的出錯(cuò)面更窄。但指針在某些場(chǎng)景里的“危險(xiǎn)能力”恰恰是必然需求。比如你寫(xiě)一個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn)刪除后還要讓循環(huán)安全前進(jìn)這時(shí)指針的靈活性、可變性就是必需的了或者你要在一段代碼里交替使用多個(gè)對(duì)象引用綁定死了反而別扭。C從設(shè)計(jì)上選擇“放開(kāi)”這套能力讓開(kāi)發(fā)者自己管理這就決定了你用它的時(shí)候必須對(duì)生命周期上心。3. 實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景指針和引用各就各位3.1 函數(shù)參數(shù)傳遞按值、按指針、按引用函數(shù)參數(shù)傳遞是這兩兄弟出場(chǎng)率最高的地方。三者適用性大不相同傳遞方式是否拷貝能否修改原對(duì)象是否可傳空典型場(chǎng)景按值傳遞是不能不適用小型對(duì)象、不修改原值按指針傳遞否能不寫(xiě)const時(shí)可以對(duì)象可能不存在、C風(fēng)格API按引用傳遞否能不寫(xiě)const時(shí)不可以大型對(duì)象、需要修改實(shí)參const引用否不能不可以大型對(duì)象、只讀訪問(wèn)我強(qiáng)烈建議的規(guī)則是需要讀而且對(duì)象大const T。需要修改原對(duì)象T。對(duì)象可能不存在T*配合空指針檢查。對(duì)象小int、double、指針等且無(wú)需修改直接T。記得有個(gè)項(xiàng)目里有人把一個(gè)大結(jié)構(gòu)體按值傳進(jìn)了高頻調(diào)用的函數(shù)每次調(diào)用深拷貝一次壓測(cè)時(shí)接口延遲直接飆高。換成const T后拷貝消除耗時(shí)降到原來(lái)的十分之一。這就是引用的第一個(gè)大價(jià)值零成本傳參。3.2 返回值設(shè)計(jì)返回引用與返回指針?lè)祷刂档那闆r比參數(shù)更有趣。基本原則是返回對(duì)象屬于參數(shù)或成員等調(diào)用后仍然存在的對(duì)象可以返回T或const T。返回函數(shù)內(nèi)局部變量只能返回T拷貝/移動(dòng)絕對(duì)不要返回指向它的指針或引用。返回堆上新建對(duì)象返回裸指針或智能指針由調(diào)用者管理生命周期。// 正確返回成員引用 class Buffer { std::vectorint data_; public: int operator[](size_t i) { return data_[i]; // data_在對(duì)象內(nèi)調(diào)用后仍存在 } }; // 錯(cuò)誤返回局部變量引用 int BadFunction() { int local 100; return local; // local在函數(shù)返回后銷(xiāo)毀引用懸空 }返回引用的一個(gè)常見(jiàn)用途是運(yùn)算符重載。operator[]、operator*等重載常返回引用讓表達(dá)式可以出現(xiàn)在賦值左側(cè)。比如buf[3] 42;內(nèi)部就是通過(guò)返回的引用直接改掉了data_[3]。返回指針的場(chǎng)合更少一些有時(shí)是歷史遺留的C風(fēng)格接口有時(shí)是返回某個(gè)“可能沒(méi)有”的可選對(duì)象空指針表示不存在有時(shí)是工廠函數(shù)返回堆上對(duì)象。現(xiàn)代C里我更傾向用std::optionalT或智能指針來(lái)替代裸指針?lè)祷刂狄鈭D更清晰。3.3 多態(tài)指針引用在繼承體系中的角色說(shuō)一個(gè)很多初學(xué)者會(huì)忽略的重要事實(shí)當(dāng)你有基類(lèi)Base和派生類(lèi)Derived時(shí)用值拷貝會(huì)出現(xiàn)“切片問(wèn)題”。你把一個(gè)Derived對(duì)象賦值給Base類(lèi)型的變量派生部分會(huì)被直接裁掉多態(tài)信息丟失。struct Base { virtual void Say() { std::cout Base; } }; struct Derived : Base { void Say() override { std::cout Derived; } }; void Demo() { Derived d; Base b d; // 切片Say()調(diào)用的還是Base版本 Base br d; // 引用多態(tài)生效Say()輸出Derived Base* bp d; // 指針多態(tài)生效bp-Say()輸出Derived }這就點(diǎn)出了引用和指針在多態(tài)中的不可替代性它們保留了對(duì)象的動(dòng)態(tài)類(lèi)型。只要想在C里寫(xiě)出面向接口的代碼、操作抽象基類(lèi)而不關(guān)心具體派生類(lèi)就必須通過(guò)指針或引用去操作對(duì)象?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)模式里好多框圖畫(huà)的依賴(lài)倒置、策略模式落地時(shí)幾乎全是“接口指針/引用”。凡是框架層基本繞不開(kāi)這兩種間接訪問(wèn)。你也會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)一個(gè)函數(shù)簽名出現(xiàn)基類(lèi)的引用或指針參數(shù)時(shí)這個(gè)函數(shù)本質(zhì)上是為體系擴(kuò)展設(shè)計(jì)的隨便換個(gè)派生類(lèi)實(shí)現(xiàn)都能工作。3.4 資源管理與智能指針的配合裸指針的可變性和危險(xiǎn)性是相伴的。為了讓資源管理更可控現(xiàn)代C用智能指針std::unique_ptr、std::shared_ptr管理堆對(duì)象生命周期。智能指針本身也是對(duì)象常見(jiàn)操作里會(huì)遇到“指針和引用混合”的場(chǎng)景。函數(shù)參數(shù)是const std::shared_ptrT只借用資源不延長(zhǎng)生命周期。函數(shù)返回std::shared_ptrT轉(zhuǎn)移所有權(quán)或建立共享所有權(quán)。底層接口要原始T*用.get()獲取裸指針傳出去但調(diào)用者不能持有它超過(guò)智能指針的存活期。class Engine { public: void Start(); }; std::shared_ptrEngine g_engine; void UseEngine() { auto engineRef *g_engine; // 引用指向堆上對(duì)象好讀好用 engineRef.Start(); // 語(yǔ)義清晰 Engine* enginePtr g_engine.get(); // 需要裸指針時(shí)取出來(lái) if (enginePtr) enginePtr-Start(); }日常代碼里我們經(jīng)常把“智能指針管理的對(duì)象”解引用成引用再使用既保留了生命周期管理又讓使用端有了引用語(yǔ)法上的簡(jiǎn)潔。這是現(xiàn)代C中的一種普遍模式。4. 現(xiàn)代C中的變化右值引用、移動(dòng)語(yǔ)義與最佳實(shí)踐4.1 右值引用到底是什么想象一下這樣一筆賬某個(gè)臨時(shí)對(duì)象馬上就要銷(xiāo)毀了可我們還要把它里的數(shù)據(jù)交出去。如果在這個(gè)節(jié)骨眼上再做一次深拷貝相當(dāng)于把一堆等于丟掉的資源復(fù)制一份白白浪費(fèi)。右值引用的誕生就是為了解決這種“把快死的對(duì)象里的資源接手過(guò)來(lái)”的問(wèn)題。class MyString { char* data_; public: MyString(MyString other) // 右值引用參數(shù)移動(dòng)構(gòu)造 : data_(other.data_) { other.data_ nullptr; // 把源對(duì)象置空析構(gòu)時(shí)安全 } };注意這里的它表示“對(duì)一個(gè)右值的引用”。右值通常是臨時(shí)對(duì)象、表達(dá)式結(jié)果等。我們通過(guò)右值引用綁定到臨時(shí)對(duì)象上然后把它的資源指針拿過(guò)來(lái)再把源置空。這樣拷貝變成了“搬運(yùn)”代價(jià)從O(n)降為O(1)。不要把它和“引用就是另一個(gè)變量名”這種舊印象混在一起。右值引用專(zhuān)門(mén)用于識(shí)別“可被移走”的對(duì)象是C11之后移動(dòng)語(yǔ)義和完美轉(zhuǎn)發(fā)的地基。4.2 移動(dòng)語(yǔ)義與引用的現(xiàn)代用途移動(dòng)語(yǔ)義讓返回大對(duì)象不再心驚膽戰(zhàn)。C11之前函數(shù)返回一個(gè)std::vector理論上會(huì)觸發(fā)拷貝有了移動(dòng)語(yǔ)義后直接轉(zhuǎn)移內(nèi)部堆內(nèi)存的所有權(quán)代價(jià)極小。std::vectorint CreateBigData() { std::vectorint v(1000000, 1); return v; // 編譯器自動(dòng)移動(dòng)甚至直接省略拷貝 } auto data CreateBigData(); // 沒(méi)有百萬(wàn)元素的深拷貝這里引用扮演了一個(gè)幕后角色右值引用參數(shù)是移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)賦值運(yùn)算符的簽名要素。沒(méi)有這個(gè)特殊的“引用類(lèi)型”編譯器無(wú)法區(qū)分你要“拷貝一份”還是“搬走資源”。你在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)里看到的std::move、std::forward本質(zhì)都是做類(lèi)型轉(zhuǎn)換把某個(gè)對(duì)象變成右值引用從而觸發(fā)移動(dòng)路徑?，F(xiàn)代C代碼審查里有個(gè)高頻建議如果你的類(lèi)沒(méi)有定義移動(dòng)構(gòu)造、移動(dòng)賦值而且內(nèi)部管理的資源不小請(qǐng)補(bǔ)上。否則在插入容器、返回對(duì)象時(shí)還是會(huì)退化到深拷貝性能差一個(gè)量級(jí)。4.3 const引用與臨時(shí)對(duì)象生命周期有一種引用用法規(guī)則上稍微特殊但實(shí)際里很有用——const T可以綁定到臨時(shí)對(duì)象并延長(zhǎng)臨時(shí)對(duì)象的生命周期到引用的生命周期結(jié)束。普通引用不能綁定右值int ref 10; // 編譯錯(cuò)誤非常量引用不能綁定右值 const int cref 10; // OK編譯器創(chuàng)建臨時(shí)int并讓引用綁定它這個(gè)規(guī)則讓傳參變得特別舒服函數(shù)形參是const std::string調(diào)用時(shí)可以傳hello這種字面量編譯器會(huì)構(gòu)造一個(gè)臨時(shí)字符串并綁定到引用上生命周期持續(xù)到函數(shù)返回。這是const T作為“萬(wàn)能只讀參數(shù)”的原因之一。但有個(gè)大坑臨時(shí)對(duì)象生命周期延長(zhǎng)的規(guī)則只在特定語(yǔ)法下生效不是所有地方都適用。常見(jiàn)問(wèn)題const std::string GetTempString() { return std::string(temp); // 危險(xiǎn)雖綁定臨時(shí)但函數(shù)結(jié)束臨時(shí)還是銷(xiāo)毀 } struct Holder { const std::string ref_; Holder(const std::string s) : ref_(s) {} }; Holder CreateHolder() { return Holder(std::string(abc)); // Holder內(nèi)ref_懸空 }這類(lèi)代碼編譯時(shí)經(jīng)常不報(bào)警運(yùn)行起來(lái)卻會(huì)莫名其妙輸出亂數(shù)據(jù)或崩潰。我在復(fù)盤(pán)一個(gè)線上問(wèn)題時(shí)就遇到過(guò)這種把臨時(shí)字符串存進(jìn)結(jié)構(gòu)體的引用成員等真正讀取時(shí)對(duì)象內(nèi)容已經(jīng)變成隨機(jī)內(nèi)容的情況。所以記住可以把const T當(dāng)函數(shù)的入?yún)⒌荒馨雅R時(shí)對(duì)象托付給一個(gè)比函數(shù)調(diào)用活得久的引用成員。4.4 現(xiàn)代C里的指針引用最佳實(shí)踐經(jīng)歷這么多年的演進(jìn)社區(qū)對(duì)于指針和引用的使用共識(shí)已經(jīng)比較清晰默認(rèn)用引用或值避免裸指針。只讀傳參用const T需要修改用T。表示“可能沒(méi)有”用T*或std::optionalT。堆對(duì)象生命周期用智能指針不使用new/delete裸管理。接口邊界跨模塊、跨動(dòng)態(tài)庫(kù)避免返回引用指向內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)盡量用值、智能指針。想表達(dá)“持有某個(gè)算法處理完成后留下的狀態(tài)游標(biāo)”時(shí)指針仍然最直接想表達(dá)“某對(duì)象的穩(wěn)定別名”時(shí)引用最合適?，F(xiàn)代C不是要廢掉指針而是把裸指針收斂到低層、高性能、生命周期邊界清晰的場(chǎng)景把相對(duì)安全的引用、智能指針?lè)诺缴蠈訕I(yè)務(wù)代碼里。這樣既保留了性能又把出錯(cuò)率壓到最低。5. 實(shí)操中的常見(jiàn)問(wèn)題與排查技巧5.1 懸空指針與懸空引用懸空指針、懸空引用是指向已銷(xiāo)毀對(duì)象的訪問(wèn)入口這是C程序員最常遇到的崩潰根源之一。區(qū)分點(diǎn)在于懸空指針對(duì)象銷(xiāo)毀后指針仍保留其地址解引用就是未定義行為。懸空引用對(duì)象銷(xiāo)毀后引用仍然存在使用它同樣是未定義行為調(diào)試更隱蔽因?yàn)榇a看起來(lái)沒(méi)有任何異常符號(hào)。一個(gè)經(jīng)典場(chǎng)景從容器取對(duì)象地址后繼續(xù)往容器添加元素導(dǎo)致容器重新分配內(nèi)存舊地址全部失效。std::vectorint v {1, 2, 3}; int* p v[0]; v.push_back(4); // 可能觸發(fā)重新分配 // 此時(shí)p指向已釋放的舊緩沖區(qū)解引用*p就是未定義行為避坑經(jīng)驗(yàn)持有容器元素地址時(shí)絕對(duì)不能同時(shí)執(zhí)行可能觸發(fā)容器容量變化的操作。需要持續(xù)訪問(wèn)元素又避免失效可以改用下標(biāo)保存訪問(wèn)時(shí)每次都通過(guò)v[i]重新獲取引用或者使用std::deque這類(lèi)不移動(dòng)已有元素的結(jié)構(gòu)。排查懸空引用建議這么來(lái)代碼Review重點(diǎn)搜索返回引用卻綁定到局部變量/臨時(shí)對(duì)象的函數(shù)。使用地址消毒器AddressSanitizer在測(cè)試環(huán)境構(gòu)建時(shí)打開(kāi)檢測(cè)運(yùn)行到失效處立刻報(bào)錯(cuò)。對(duì)結(jié)構(gòu)體里存引用的類(lèi)檢查拷貝賦值行為——默認(rèn)生成的拷貝賦值會(huì)把引用重新綁定到源對(duì)象的成員通常不是你想要的。5.2 引用成員導(dǎo)致對(duì)象不可賦值C里引用成員會(huì)禁用賦值運(yùn)算符因?yàn)橐貌荒苤亟壎?。這個(gè)約束常常讓人措手不及class Widget { int ref_; public: Widget(int r) : ref_(r) {} }; Widget a(x), b(y); a b; // 編譯錯(cuò)誤operator 被隱式刪除比如你想設(shè)計(jì)一個(gè)“默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)賦值操作”的配置類(lèi)往里塞了個(gè)引用成員結(jié)果發(fā)現(xiàn)根本繞不開(kāi)。解決辦法通常有兩個(gè)方向改用指針成員在構(gòu)造時(shí)綁定禁止拷貝/賦值時(shí)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。重新思考設(shè)計(jì)是否真的需要引用成員很多時(shí)候換成普通值成員或std::reference_wrapper更合適。std::reference_wrapper是一個(gè)可以在容器中保存引用的類(lèi)本身可拷貝、可賦值算是“可重新包裝的引用”在std::vectorstd::reference_wrapperT這種場(chǎng)景下很實(shí)用。5.3 函數(shù)重載里的指針和引用歧義函數(shù)重載時(shí)void f(int)、void f(int*)、void f(int)放在一起會(huì)出現(xiàn)一些惡心的解析場(chǎng)景。void f(int x); void f(int* p); void f(int r); int a; f(a); // 匹配f(int)還是f(int) f(10); // 呢 int b 10; f(b); // 唯一匹配f(int*)f(a)實(shí)際上會(huì)選擇非模板和非引用版本一般優(yōu)先匹配f(int)因?yàn)樽笾档絠nt是標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、綁定int是身份轉(zhuǎn)換在重載決議規(guī)則下非模板的那個(gè)f(int)可能勝出。規(guī)則本身挺復(fù)雜但實(shí)際項(xiàng)目里根本沒(méi)誰(shuí)會(huì)把三個(gè)版本一起重載。這屬于只有面試題才會(huì)寫(xiě)出來(lái)的寫(xiě)法。我建議代碼中絕不寫(xiě)這種重載閱讀性和維護(hù)性都極差。如果確實(shí)需要支持多態(tài)就用指針或基類(lèi)引用需要讀改寫(xiě)用引用需要表示“可能沒(méi)有”用指針。類(lèi)型在接口處表達(dá)清楚調(diào)用方就不需要思考。5.4 經(jīng)驗(yàn)碎碎念代碼評(píng)審中最常看到的指針引用誤用說(shuō)了這么多理論分享幾個(gè)我在代碼評(píng)審里反復(fù)見(jiàn)過(guò)的誤用類(lèi)型看到就知道出問(wèn)題了。第一“能不用指針就不用的過(guò)度指針化”。很多從C轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的開(kāi)發(fā)者習(xí)慣把所有對(duì)象都搞成指針堆上天。最后代碼里到處都是-、判空、忘了delete。除非有動(dòng)態(tài)生命周期或多態(tài)需求棧對(duì)象優(yōu)先參數(shù)用引用傳遞足夠。第二把引用存進(jìn)全局或長(zhǎng)期容器。前面講過(guò)臨時(shí)對(duì)象生命周期的問(wèn)題引用存得越久懸空概率越大。如果需要一個(gè)存儲(chǔ)“可重綁定的對(duì)象入口”用std::reference_wrapper或索引如果在容器里長(zhǎng)期持有對(duì)象直接存對(duì)象本身才最穩(wěn)妥。第三看到const T*下意識(shí)以為參數(shù)不會(huì)修改對(duì)象。const T*表示“指向const對(duì)象的指針”指針本身可以指向別處對(duì)象不能改T* const表示“const指針”指針本身不可變對(duì)象可以改。兩者語(yǔ)義完全不同。團(tuán)隊(duì)協(xié)作里最安全的口徑是能用const T*表達(dá)“只讀”就用需要“只讀且指針不變”用const T* const或直接引用避免混淆。第四智能指針和裸指針赤裸混傳。某個(gè)函數(shù)接收到std::shared_ptrT卻在內(nèi)部把.get()的結(jié)果存下來(lái)好留給后面異步任務(wù)用。結(jié)果智能指針生命周期結(jié)束了異步任務(wù)拿著懸空裸指針。正確做法是異步任務(wù)也持有那個(gè)shared_ptr或拷貝一份數(shù)據(jù)。指針和引用這兩個(gè)概念單獨(dú)看語(yǔ)法都不復(fù)雜真正復(fù)雜的是它們與對(duì)象生命周期的糾纏。寫(xiě)第一版代碼時(shí)先想清楚這個(gè)對(duì)象誰(shuí)來(lái)創(chuàng)建、誰(shuí)來(lái)銷(xiāo)毀、被誰(shuí)持有、能活多久再來(lái)決定接口處是放指針、引用還是值。想清楚了大部分內(nèi)存問(wèn)題的源頭就堵掉了一半。最后分享一個(gè)我自己的習(xí)慣新代碼里接口參數(shù)默認(rèn)先寫(xiě)const T需要修改就改成T真需要“可能沒(méi)有”才升級(jí)成指針要擁有所有權(quán)就寫(xiě)智能指針。這樣每行接口的意圖都非常明確只讀不改、讀寫(xiě)原對(duì)象、可選對(duì)象、資源歸屬。代碼因此變得很好讀也很少出現(xiàn)指針引用的經(jīng)典事故。這個(gè)思路你也可以直接試一試跑一兩個(gè)項(xiàng)目之后會(huì)發(fā)現(xiàn)“指針和引用二選一”的糾結(jié)會(huì)變得越來(lái)越少。