彻底理解C++指针
目录
目录 1
1. 概念 1
1.1. 双指针 1
1.2. 指针数组 1
1.3. 数组指针 1
1.4. 常见指针定义解读 1
2. 区别 2
3. 兼容性 2
4. 为何列数须相等？ 2
5. “1”的含义 3
6. 回归本质 3
7. “*”和“[]” 7
1. 概念
1.1. 双指针
指向一个指针的指针。
1.2. 指针数组
由指针值组成的数组，也就是说数组的每个元素值的数据类型均为指针类型，如：int* p[2];
1.3. 数组指针
指向一个数组的指针。
1.4. 常见指针定义解读
|
int *p; |
p为指向int值的指针，也可以说是指向一维数组的指针，假如有一个一维数组：int m[8]，则可：p = m; |
|
int *p[8]; |
p为一个一维数组，数组元素为int*类型，它和数组int p[8]都是同一类型，只不过一个元素类型为int*，一个是int |
|
int (*p)[8]; |
p为一个指向二维数据的指针，数组元素为int类型，假如有二维数据：int m[1][8]，则可：p = m; |
|
int (*p)(); |
p为一个指向函数的指针，假设有一个函数：int foo()，则可：p = foo; |
下面两个了？
int (**pa)[8];
int (**pb)();
不用怕，只是多了个*，也就是指向指针的指针。假设有：int m[1][8]; int (*p)[8] = m;，则：pa = &p。
2. 区别
|
|
|
行数 |
列数 |
说明 |
|
int** p1; |
双指针 |
不固定 |
不固定 |
列数和行数都不确定，而且每行可以列数不等。 |
|
int* p2[3]; |
指针数组 |
固定 |
不固定 |
共3行，每行多少列不确定，而且每行可以列数不等。 |
|
int (*p3)[3]; |
数组指针 |
不固定 |
固定 |
共3列，多少行不确定。 |
3. 兼容性
|
int** p1; int* p2[3]; int (*p3)[3]; int p4[2][3]; int p5[3];
// 兼容性 p1 = p2; p3 = p4; p3 = &p5; // p5的列数必须和p3的列数相同
p1 = p2; // 两者列数均不确定，可兼容 |
“列数相等”或“列数不确定”是兼容的提前条件，如上述的p3、p4和p5三者的列数均相同。
4. 为何列数须相等？
指针支持加减操作，比如：
|
int m[3][3]; int (*pm)[3] = m + 1;
上述第二行的m是指二维数组“int m[3][3];”在内存中的首地址，如：0x7fff82521370。而这个“1”是指这个二维数组一行的大小，也就是“int m[3];”的大小。因此，pm的值为：0x7fff82521370 + 12 = 0x7fffd5afd94c。 |
如果列数不相等，则加减操作无法进行，因此需要“列数相等”。假设：
|
int** b1; int** b2 = b1 + 1; |
上述中的“1”实际是多少？这个就要看b1的类型是什么？在这里，b1是一个双指针，也就是指向指针的指针。本质上就是一个指针，因此在32位平台上它的值是4，在64位平台上它的值是8。
5. “1”的含义
对于“p+1”中的“1”，其含义依p所指向的类型而不同。
|
定义 |
|
所指向类型 |
“1”的含义 |
|
int* p; |
p+1 |
p指向int类型 |
sizeof(int) |
|
(*p)+1 |
“*p”不是指针 |
即为表面意义的数字1 |
|
|
(&p)+1 |
“&p”指向“int*”类型 |
sizeof(int*) |
|
|
int** p; |
p+1 |
p指向“int*”类型 |
sizeof(int*) |
|
(*p)+1 |
“*p”指向int类型 |
sizeof(int) |
|
|
(**p)+1 |
“**p”不是指针 |
即为表面意义的数字1 |
|
|
int m[5]; |
m+1 |
m是个地址，指向int类型 |
sizeof(int)或sizeof(m[0]) |
|
&m+1 |
&m是个地址，指向int[5]类型 |
sizeof(m) |
|
|
int*** p; |
p+1 |
p指向“int**”类型 |
sizeof(int**) |
|
(*p)+1 |
“*p”指向“int*”类型 |
sizeof(int*) |
|
|
(**p)+1 |
“**p”指向int类型 |
sizeof(int) |
|
|
(***p)+1 |
“***p”已不是指针 |
即为表面意义的数字1 |
|
|
int mm[2][3]; |
mm+1 |
mm是个地址，指向int[3]类型 |
sizeof(m[0])，即为4*3=12 |
6. 回归本质
指针的加减操作，实际是对地址的操作，而解引用“*”是取所在地址的数据，数组下标操作“[]”也是取所在地址的数据。
彻底理解指针，最关节是理解内存是啥。内存有两个基本属性：一是地址，二是数据。对于“int *p;”，p是地址，“*p”是数据。对于“加减”操作，要区分是对地址，还是数据的“加减”操作，对于“int* p;”，则“p+1”是地址的加减操作，而“(*p)+1”则是数据的加减操作。
在x86_64环境，指针大小为8字节，int类型为4字节。注意下图中的虚线框，它们要么是未初始化的内存，或者对它们的访问是越界访问。总之一句话：虚线框的内存地址是确定的，但存储在这些地址上的数据是不能保证的。
上图对应的C++代码：
|
// g++ -std=c++14 -O2 -Wall -pedantic -pthread main.cpp && ./a.out #include <stdio.h> #include <iostream>
int main() { using namespace std;
int a; int b; cout << "&a=" << &a << ", &b=" << &b << endl << endl;
int m[] = { 0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0xA0 }; int* p = m; int** pp = (int**)m;
cout << "&m[0]=" << &m[0] << endl << "&m[1]=" << &m[1] << endl << "&m[2]=" << &m[2] << endl << "&m[3]=" << &m[3] << endl << "&m[4]=" << &m[4] << endl << "&m[5]=" << &m[5] << endl << "&m[6]=" << &m[6] << endl << "&m[7]=" << &m[7] << endl;
cout << endl << "pp=" << pp << endl << "pp+1=" << pp+1 << endl << "pp+2=" << pp+2 << endl;
cout << endl << "*pp=" << *pp << endl << "*(pp+1)=" << *(pp+1) << endl << "*(pp+2)=" << *(pp+2) << endl;
cout << endl << "&p=" << &p << endl << "p=" << p << endl << "p+1=" << p+1 << endl << "p+2=" << p+2 << endl;
cout << endl << "*p=" << *p << endl << "*(p+1)=" << *(p+1) << endl << "*(p+2)=" << *(p+2) << endl;
pp = &p; cout << endl << "pp = &p;" << endl;
cout << endl << "pp=" << pp << endl << "pp+1=" << pp+1 << endl << "pp+2=" << pp+2 << endl;
cout << endl << "*pp=" << *pp << endl << "(*pp)+1=" << (*pp)+1 << endl << "(*pp)+2=" << (*pp)+2 << endl;
cout << endl << "*pp=" << *pp << endl << "*(pp+1)=" << *(pp+1) << endl << "*(pp+2)=" << *(pp+2) << endl;
return 0; } |
上图对应的C++代码运行结果（由在线编译器http://coliru.stacked-crooked.com/编译运行）：
|
&a=0x7fff55631998, &b=0x7fff55631994
&m[0]=0x7fff55631c30 &m[1]=0x7fff55631c34 &m[2]=0x7fff55631c38 &m[3]=0x7fff55631c3c &m[4]=0x7fff55631c40 &m[5]=0x7fff55631c44 &m[6]=0x7fff55631c48 &m[7]=0x7fff55631c4c
pp=0x7fff55631c30 pp+1=0x7fff55631c38 pp+2=0x7fff55631c40
*pp=0x200000001 *(pp+1)=0x400000003 *(pp+2)=0x600000005
&p=0x7fff55631988 p=0x7fff55631c30 p+1=0x7fff55631c34 p+2=0x7fff55631c38
*p=1 *(p+1)=2 *(p+2)=3
pp = &p;
pp=0x7fff55631988 pp+1=0x7fff55631990 // 这个地址值是确定的，但上面的数据是啥则不好说 pp+2=0x7fff55631998
*pp=0x7fff55631c30 (*pp)+1=0x7fff55631c34 (*pp)+2=0x7fff55631c38
*pp=0x7fff55631c30 *(pp+1)=0x0 *(pp+2)=0x0 |
7. “*”和“[]”
假设有：int** pp;，则“**pp”和“pp[0][0]”作用相同，实际上都是：*((*p)+0)。对于二维数组“mm[行][列]”，“mm[2][3]”效果和“*((*(mm+2))+3)”相同。
如果这样定义：
|
int mm[][4] = { {0x01,0x02,0x03,0xA1}, {0x04,0x05,0x06,0xA2}, {0x07,0x08,0x09,0xA3} }; int** qq = mm; |
则编译时会告警“cannot convert 'int (*)[4]' to 'int**' in initialization”，原因是违背了本文第三节“兼容性”要求，正确的定义是：
|
int mm[][4] = { {0x01,0x02,0x03,0xA1}, {0x04,0x05,0x06,0xA2}, {0x07,0x08,0x09,0xA3} }; int (*qq)[4] = mm; |
这个时候，“*((*(mm+2))+3)”、“*((*(qq+2))+3)”和“mm[2][3]”效果相同。如果要强来：
|
int mm[][4] = { {0x01,0x02,0x03,0xA1}, {0x04,0x05,0x06,0xA2}, {0x07,0x08,0x09,0xA3} }; int** yy = (int**)mm;
cout << "((*(mm+2))+3)=" << ((*(mm+2))+3) << endl; cout << "((*(yy+2))+3)=" << ((*(yy+2))+3) << endl; |
可以看到地址值完全是两个不同的了：
|
((*(mm+2))+3)=0x7fff8f58c27c ((*(yy+2))+3)=0x500000010 |
因为地址值yy和mm是相同的，所以仍然可以通过取巧使用yy来取得“mm[2][3]”的数据：
1) “mm+2”中的“2”，实则是“sizeof(m[0])*2”
2) “(*(mm+2))+3”中的“3”，实则是“sizeof(m[0][0])*3”
3) “m[0]”大小为“4*4=16”，“m[0][0]”大小为“sizeof(int)=4”，不难计算出“(*(mm+2))+3”相对于“mm”，地址偏移了“32+12=44”
4) 因此只需要将“yy”偏移“44”即可达到目的
5) 在x86_64上“(int**)((unsigned long)(yy+6)-4)”值和“(*(mm+2))+3”相同
6) 可以通过“*(int*)((unsigned long)(yy+6)-4)”取得“m[2][3]”的值。
