在 C++ 中，指针（Pointer）和引用（Reference）都用于间接访问变量，但是它们在语法和语义上都有显著的差异。指针是一个变量，它可以保存另一个变量的内存地址；引用是另一个变量的别名，由编译器进行处理，使用时与使用原变量无异。
指针和引用使用的一些差异如下：
初始化
指针：可以先定义后赋值，也可以指向不同的对象。
int a = 10, b = 20;
int* p = &a;
p = &b; // 改变指向
引用：必须在定义时就进行初始化，绑定到一个特定的对象，并且不能绑定到其他的对象。
int a = 10, b = 20;
int& r = a;
r = b; // 修改的是 a 的值，而不是重新绑定，等价于 a=b
可空性
指针：可以被定义为 nullptr，表示不指向任何对象。
引用：必须绑定有效对象，不能为 null，否则会产生为定义的行为。
内存占用
指针：由于存储的是内存地址，因此需要占用内存空间，一般为 32 bit 或 64 bit。
引用：语义上不占用内存空间，实际可能由编译器实现为一个隐藏指针。
这里我们参考一篇博客： C++ 中指针和引用的区别（汇编分析） | 编程指北-计算机学习指南 。
参考以下使用引用和指针实现的 swap 函数。
void swap(int &a, int &b) {int temp = a;a = b;b = temp;
}void swap(int *a, int *b) {int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}
引用版本 swap() 函数的汇编代码如下：
# void swap(int &a, int &b)
__Z4swapRiS_: ## @_Z4swapRiS_.cfi_startproc
## %bb.0:pushq %rbp.cfi_def_cfa_offset 16.cfi_offset %rbp, -16movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register %rbpmovq %rdi, -8(%rbp) # 传入的第一个参数存放到%rbp-8 （应该是采用的寄存器传参，而不是常见的压栈）movq %rsi, -16(%rbp) # 第二个参数 存放到 %rbp-16movq -8(%rbp), %rsi # 第一个参数赋给 rsimovl (%rsi), %eax # 以第一个参数为地址取出值赋给eax，取出*a暂存寄存器movl %eax, -20(%rbp) # temp = amovq -16(%rbp), %rsi # 将第二个参数重复上面的movl (%rsi), %eaxmovq -8(%rbp), %rsi movl %eax, (%rsi) # a = bmovl -20(%rbp), %eax # eax = tempmovq -16(%rbp), %rsimovl %eax, (%rsi) # b = temppopq %rbpretq.cfi_endproc## -- End function
指针版本 swap() 函数的汇编代码如下：
# void swap(int *a, int *b)
__Z4swapPiS_: ## @_Z4swapPiS_.cfi_startproc
## %bb.0:pushq %rbp.cfi_def_cfa_offset 16.cfi_offset %rbp, -16movq %rsp, %rbp.cfi_def_cfa_register %rbpmovq %rdi, -8(%rbp)movq %rsi, -16(%rbp)movq -8(%rbp), %rsimovl (%rsi), %eaxmovl %eax, -20(%rbp)movq -16(%rbp), %rsimovl (%rsi), %eaxmovq -8(%rbp), %rsimovl %eax, (%rsi)movl -20(%rbp), %eaxmovq -16(%rbp), %rsimovl %eax, (%rsi)popq %rbpretq.cfi_endproc## -- End function
可以看到，两个函数的汇编代码几乎完全一致。引用所赋的初值也就是绑定对象的内存地址，访问和修改对象内容也是通过这个内存地址完成的。
既然引用和指针的底层实现机制几乎没有区别，那么为什么我们需要使用引用呢？我认为有以下两点：
- 便捷性：能够让使用者使用引用与使用对象本身一致，由编译器自动进行取地址、解引用的操作。
- 安全性：引用必须初始化，且不能更换绑定，避免了悬空指针和野指针的问题，这在接口设计中更可靠，要求必须传入合法的对象。