为什么C++语言中既有指针也有引用

写在前面的话，本文是基于C++03写的。并不涉及C++11里面的概念，比如Rvalue references

引用和指针有何区别?这是个经常会被提到的问题。也有诸多的博客来分析其实引用就是指针。
即使两者的底层实现都一样，都是基于地址，然而我认为这两者是截然不同的概念。

指针，算是一种变相的“引用”，但依然是call by value。区别在于：指针需要函数的调用者显式地来表示“引用”，比如说使用取地址符(&)把变量转换成指针。
引用，是call by reference，区别在于：引用不需要函数的调用者显式的来表示。根据所调用的函数，变量的名字可以分别解释为value或者reference.

不过本篇博客，并不是用来谈两者的区别或者实现。而是说为什么C++同时需要这两个看起来很像的东西。
问题分两方面：

第一，为什么有了引用还需要指针呢？
这个比较简单，因为Bjarne Stroustrup要让C++借C的势，必然要支持指针了。

第二，为什么有了指针还需要引用呢？
这个就比较复杂了，首先一开始C++是没有引用的。比如说：this，被定义为了指针，而不是引用。后来加入了引用的原因主要是为了支持operator overloading。这在Bjarne Stroustrup那本书《The Design and Evolution of C++》和他的C++ FAQ里面都提到了。
细说开来，假设C++里面没有引用，而只有指针，会有什么样的问题。
如果用指针来overload operator的话，就像:

ClassFoo operator+( const ClassFoo *, const ClassFoo * )

使用的时候只能是 &a + &b，这和我们通常的写法 a + b 不太一样，看上去不太习惯。
还可以进一步假设，也可以就写成 a + b，让编译器来根据operator+的类型来解释a和b的类型。如果operator+的参数是值，那就解释成值；如果是指针，就解释成地址。这和现在C++里面把名字解释成值或者引用是一个道理。
这样做的后果是，指针和值不能重载了，比如说下面这两个函数，就无法通过编译。因为可以把a和b同时解释成value和pointer。

void foo(ClassFoo*);
void foo(ClassFoo);

针对同一个函数，根据是value还是pointer有不同的实现，这是个相对普遍的需求。而且在C语言中，指针已经有了明确的定义，并不适合赋予它其他的概念。
而引入引用的概念，既可以满足overload operator，也不失重载value和pointer的灵活性。虽然引用也面对一个问题，即值和引用不能重载了，不过也没什么情况需要重载这两者。

除了支持operator overloading，引用还带来一个指针无法替代的特性: 引用临时对象。因为引用必须在定义的时候就赋值，以后无法更改。比如下面的代码

class ClassFoo{
public :
ClassFoo( const char *){};
};

const ClassFoo* g_ClassFoo = NULL;
void foo(const ClassFoo& r){};
void bar(const ClassFoo* p){
g_ClassFoo = p;
};

foo( "abc" );
bar( "def" );

foo的调用是没有问题的，"abc"生成的临时对象只会存在于函数的调用期间。
bar的调用是有问题，指针没法指向临时对象的，因为指针是可以把这种关系传递出去的。

综上所述，C++必须同时有指针和引用这两个概念。

顺便提一下，还有个被问到烂的问题，指针和引用那个好，该用哪一个？
可以参考，Google C++ Style Guide 和 c++-faq-lite，我就不吐槽了。