C++中int数组arr、&arr的区别及数组指针与数组引用的差异

首先需要先纠正一个常见误区：数组名arr本身并不是指针，只是在绝大多数使用语境下会隐式退化为指向数组首元素的int*指针。
&arr的含义是取整个数组的地址，它的类型是int (*)[10]，也就是指向包含10个int类型元素的数组的指针。
从数值上看，&arr和首元素地址arr是相等的，因为数组的起始地址就是第一个元素的地址，但二者的指针步长完全不同，可以看下面的示例：

int arr[10] = {0};
// 以下输出数值上相等，但类型完全不同
std::cout << arr << std::endl;    // 输出首元素地址，类型为int*
std::cout << &arr << std::endl;   // 输出整个数组的地址，类型为int(*)[10]

// 指针+1的步长差异
std::cout << arr + 1 << std::endl;   // 地址偏移4字节（1个int的长度）
std::cout << &arr + 1 << std::endl;  // 地址偏移40字节（10个int的总长度）

二者的核心差异如下：

• 本质属性不同
  数组指针本质是指针变量，存储的是数组的地址，本身占用指针大小的内存空间，可以修改指向其他同类型数组；数组引用本质是原数组的别名，和原数组占用同一块内存，不需要额外存储空间，一旦绑定就不能再指向其他数组。
  二者的定义语法也有明显区别：

  int arr[10] = {0};
  int (*p_arr)[10] = &arr; // 数组指针定义
  int (&r_arr)[10] = arr;  // 数组引用定义
  

• 使用方式不同
  数组指针访问元素需要先解引用：(*p_arr)[0] = 1；数组引用的使用方式和原数组完全一致：r_arr[0] = 1。
• 安全性不同
  数组指针可以赋值为nullptr，也可能指向非法地址，使用前需要做合法性校验；数组引用必须绑定到已经存在的合法数组，不存在空引用的情况，使用安全性更高。
• 参数传递特性不同
  二者作为函数参数时，都会保留数组的长度信息，不会出现普通数组传参退化为指针丢失长度的问题；区别在于传数组指针时调用方需要显式传入数组的取地址结果，而数组引用的调用写法和普通数组传参一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ajx