【原创】浅谈指针（三）

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前言

我写本文的初衷是为了让更多的人了解指针。最近一直有人在我的博文点反对，我也不想点名，只是想说：不要对指针怀有偏见。你可以认为本文的东西都在胡扯，但是，不管如何，请你自己在自己的电脑上运行一下，检验我的言论是否正确。我撰写这些文章之前，一定阅读了很多参考资料，不会随便乱写一通。如果真有什么错误之处，也请大家在评论区指出。

引用和指针

言归正传，上期我们讲了swap函数，花了很大的篇幅。但是，仔细观察algorithm库中的swap，在调用的时候不需要写&符号取地址？这是由于它使用了C++的引用机制。
什么是引用？它和指针有什么异同之处？我们一起观察。首先，我们看一个简短的例子。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
  int a=10;
  int &ref=a;
  printf("a..%d,ref..%d\n",a,ref);
  ++a;
  printf("a..%d,ref..%d\n",a,ref);
  return 0;
}

把第7行的++a换为++ref，结果相同。
int &ref=a，表示建立一个变量为a的引用，名为f。很多书上这样写：

ref相当于a的别名，使用ref就是使用a。

我可以负责任的告诉你，上述描述是错误的。
事实上，ref和a，不是“别名”的关系，而是两个使用相同地址的变量。一般定义两个变量，它们地址一定不相同，但是引用变量和被引用变量的地址相同，才能导致“修改ref就是修改a”的效果。
在swap中，如果我们指定参数中的ab和main中的ab地址相同，就可以“不使用指针进行交换”了。（但是其实C++编译过程中，引用就是用指针实现的）我们可以这样写代码：

void Swap(int &a,int &b){
    int t=a;a=b;b=t;
}

这样一来，swap中的ab和main中的ab地址相同，就可以直接交换，省去了取地址的操作。

引用的内部实现

我们尝试把这一篇中，使用引用的swap和上一篇使用指针的swap进行反汇编，看看生成的汇编代码有何不同。我这边使用在线工具：https://godbolt.org/
实验证明：两个swap函数内部完全相同。这也表明，C++在编译的时候，会把引用当作指针处理。
事实上，不可能存在地址完全相同的变量，其中一个变量必定是指针才能实现这样的效果（即让其中一个变量指向另一个）。只不过，我们在引用的书写中，不需要多写一个&符号和*符号而已。

可变长结构体

注：这一段是参考《征服C指针》写的，由于该书出版第一版时C99未发行，因此可能内容与最新的C或C++有一定出入，见谅。
假设我们要开发一个画图软件，其中有一个折线的功能。折线是由多条直线构成的，因此，结构体应该这样定义：

struct Point{
    int x,y;
};
struct Line{
    Point p1,p2;
};
struct Polyline{
    int n;
    Line *l;
};

如果要对Polyline分配内存，那么必须使用new分配两次内存。一次给polyline整体分配内存，第二次需要给成员l分配内存。（原书由于是C语言，写的是malloc，本文给了一些修改）

Polyline *p;
p=new Polyline;
p.l=new Line [n];

但是我们可以这样写结构体，这样只需分配一次内存了。

struct Polyline{
  int n;
  Line l[1];
};

然后使用如下的方法分配内存：

p=(Polyline*)malloc(sizeof(Polyline)+n*sizeof(Line));

虽然数组只定义了一个，但是在分配p空间的时候，我们发现，多分配了n个空间，给到后面的Line。这样一来，即使Line的后续元素（第2个，第3个）不在结构体中，也能使用。图示如下：（自己画的）

这种写法称作可变长结构体。在C99中，专门扩展了这个语法（之前的这种写法都属于“违反标准的技巧”），并且可以在定义最后元素l的时候直接使用空方括号[]。

free/delete

free和delete用于释放内存。free一般用于C语言，释放malloc的内存。delete用于C++，释放new的内存。程序实例：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
    int *p=new int;
    *p=100;
    cout<<*p;
    delete p;
}

如果把第4行的new换为malloc，那么最后一行也要换为free(p)。
注意事项：
1.以前有个函数叫做cfree，和calloc配对使用。（calloc也用于内存分配）但是现在建议大家不要使用cfree。
2.delete数组的时候，要加上[]符号，例如 delete []p
3.小心多个指针同时指向同一内存时，如果free掉其中一个指针，其他指针仍在使用将会非常危险。

今天内容到此为止。