c++笔记(8) 指针及动态内存管理

指针：指针变量，可以用用来引用数组，对象，任何变量的地址。指针中保存的是地址，用*(解引运算符)来访问内存中的数据

指针的使用：

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <sstream>   // 将数字转化为字符串 
 
using namespace std;
 
int main(int argc, char *argv[])
{
   int count = 5;
   int* p;
   p = &count;
   cout << "The vauel of count is " << *p << endl;
   cout << "The address of count is " << p << endl; 
   return 0;
}

与局部变量一样，如果不为局部指针赋值，其内容是任意的，可以将一个指针值赋值为0，这是一个特殊的指针值，表示指针未指向任何变量。因此，应该始终对指针保持初始化。以避免错误。

2.用typedef定义同义类型

typedef  int*  intPointer

typedef并不是创造新的数据类型，而是给已有的数据类型起一个别名

3.常量指针

常量指针指向一个不变的内存位置，但是内存中的数据是可以改变的

double radius = 5;

double* const p = &radius;   //常量指针

const double *p = &radius;     // 指针指向的数据(radius)是常量

const double* const p = &radius;    // 指向常量的常量指针

4. 数组和指针

在c++中，数组名实际上是指向数组第一个元素的常量指针，数组与指针关系密切。

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <sstream>   // 将数字转化为字符串 
 
using namespace std;
 
int main(int argc, char *argv[])
{
   int list[6] = {1,2,3,4,5,6};
   int* p = list;
   for(int i=0; i<6; i++)
   {
   	 cout << "Adress: " << (p+i) << " value: " << *(p+i) << " value: " << p[i] << endl;
   }
   return 0;
}

5. 函数调用时传递指针参数

函数的参数可以是指针，指针参数可以通过值传递或者引用传递的方式进行传递

例如下面的swap()函数

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <sstream>   // 将数字转化为字符串 
 
using namespace std;
 
void swap1(int a, int b)
{
	int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;
} 
 
void swap2(int& a, int& b)
{
    int tmp = a;
	a = b;
	b = tmp;	
}
 
void swap3(int* pa, int* pb)
{
	int tmp = *pa;
	*pa = *pb;
	*pb = tmp;
}
 
void swap4(int* &a, int* &b)
{
	int tmp = *a;
	*a = *b;
	*b = tmp;
}
 
 
int main(int argc, char *argv[])
{
   int a = 1;
   int b = 2;
   swap1(a,b);
   cout << "After swap a is " << a << " and b is " << b << endl;
   
   a = 1;
   b = 2;
   swap2(a, b);
   cout << "After swap a is " << a << " and b is " << b << endl;
   
   a = 1;
   b = 2;
   int* p1 = &a;
   int* p2 = &b;
   swap3(p1, p2);
   cout << "After swap a is " << a << " and b is " << b << endl;
   
   a = 1;
   b = 2;
   p1 = &a;
   p2 = &b;
   swap4(p1, p2);
   cout << "After swap a is " << a << " and b is " << b << endl;
   return 0;
}

运行结果：

swap1()未实现交换

函数传引用， 形参相当于实参的一个别名

6. 从函数中返回指针

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <sstream>   // 将数字转化为字符串 
 
using namespace std;
 
int* reverse(int*, int);
void printArray(int*, int);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
   int size = 5;  // 数组名不能动态定义 
   int a[5] = {1,2,3,4,5};
   int* p = reverse(a, size);
   printArray(p, size);
   return 0;
}
 
 
int* reverse(int* list, int SIZE)
{
	for(int i=0, j=SIZE-1; i<j; i++, j--)
	{
	   int tmp = list[i];
	   list[i] = list[j];
	   list[j] = tmp;	
	}
	return list;
}
 
void printArray(int* list, int SIZE)
{
	for(int i=0; i<SIZE; i++)
	{
		cout << list[i];
	}
	cout << endl;
}

函数reverse()返回一个指针p。传入的第一个参数是实参(数组)的地址，实际上返回的也是同一个地址。

7，有用的数组函数

min_element

max_element

sort

random_shuffle

find：find函查找相应的元素，如果找到，返回的是数组元素对应的指针，如果没有找到，返回数组最后一个元素的后一个位置的指针，这就是为什么这些函数的参数为(list, list +size), 多出的一个指针应该就是分配给未找到元素时的这种情况。

这些对数组进行操作的函数都在头文件algotithm中，这些函数的参数都是指针，返回的都是相应元素的指针。

例子：

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <sstream>   // 将数字转化为字符串 
#include <algorithm> 
 
using namespace std;
 
void printArray(int*, int);
int main(int argc, char *argv[])
{
   int size = 6;
   int list[] = {4, 2, 3, 6, 5, 1};
   printArray(list, size);
   int* min = min_element(list, list+6);  // 参数是指针 
   int* max = max_element(list, list+6);  // 参数
   cout << "The minum is of list is " << *min << " at index " << (min - list) << endl;  //注意这里的指针相减  
   cout << "The maxum is of list is " << *max << " at index " << (max - list) << endl;  //注意这里的指针相减  
   
   random_shuffle(list, list+6);
   printArray(list, size);
   
   sort(list, list+6);
   printArray(list, 6);
   
   // find
   int key = 4;  // 要查找的元素
   int* p = find(list, list+6, key);  
   if(p!=(list+6))  // 没找到要查找的元素 
   {
   	 cout << "The value " << *p << "is found at index " << (p-list) << endl;
   }
   else
   {
   	  cout << "The value " << *p << "is not found" << endl;
   }  
   return 0;
}
 
void printArray(int* list, int SIZE)
{
	for(int i=0; i<SIZE; i++)
	{
		cout << setw(3) << list[i];
	}
	cout << endl;
}

p != list+6， 证明找到了相应的元素

8，动态持久内存分配：
new操作符可以在运行时为基本数据类型，数组和对象分配持久的内存空间。

int *p = new int(4);   //为一个整形变量动态分配内存空间, 将地址赋值给指针p
   cin >> size;
   int *list = new int[size];  //动态数组， 数组大小在程序运行时输入

动态数组， 数组大小在程序运行时输入，而创建一个普通数组时，数组的大小在程序编译时就已经定下来了
使用new操作符分配的内存是持久存在的，直到它被显式的释放或者程序退出。

delete p;      //数

delete []p;   // 数组

例子：重新实现数组reverse()

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <sstream>   // 将数字转化为字符串 
#include <algorithm> 
 
using namespace std;
 
void printArray(int*, int);
int* reverse(int*, int);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
   int SIZE = 10;
   int* p = new int[SIZE];
   for(int i=0; i<SIZE; i++)
   {
   	  p[i] = i* 3 + 3;
   }
   printArray(p, SIZE);
   int* p1 = reverse(p, SIZE);
   printArray(p, SIZE);
   printArray(p1, SIZE);
   
   return 0;
}
 
int* reverse(int* list, int size)
{
	int* result = new int[size];
	for(int i=0,j=size-1; i<size; i++,j--)
	{
		result[i] = list[j];
	}
	return result;
}
 
 void printArray(int* list, int SIZE)
{
	for(int i=0; i<SIZE; i++)
	{
		cout << setw(3) << list[i];
	}
	cout << endl;
}

C++中，局部变量的内存空间是在栈中分配的，而由new操作符分配的内存空间则出自称为“自由存储区域”或者“堆”的存储区域。

分配的空间一直是可用的，直至释放。

内存泄漏：

如下的代码：

 int* p = new int;
 *p = 45;
 p = new int;

第一句： 将一个动态内存赋值给指针p;

第二局：给变量赋值45；

第三局： 重新给p赋值一个新的地址值

这样会导致保存p指向的内存空间改变，存储45的内存将无法再访问，而这段内存也无法释放，这就是内存泄漏。

9. 创建及访问动态对象：
调用对象的构造函数可以动态的创建对象，new className(arguments)，对象的地址会被赋值给相应的指针,调用对象时任然用解引运算符*

例如：

int main(int argc, char *argv[])
{
   string* p1 = new string();   // 无参构造函数 
   string* p2 = new string("hello world");   // 有参数的构造函数 
   // 动态对象的调用
   (*p2).substr(0,3);
   (*p1).append(" C++");
   cout << (*p1) << endl;
   cout << (*p2) << endl; 
   delete p1;
   delete p2;
   return 0;
}

end

this指针：指向被调用的对象本身。

this指针是为了解决这里碰到的问题：https://blog.csdn.net/zj1131190425/article/details/82888131

即类中成员方法的参数名如果与数据域的变量名相同，就会出现覆盖的问题

例如之前的circle类： 成员函数的参数名不能命名为radius,因为radius是数据域

利用this指针就可以实现

circle类实现如下：

Circle::Circle(double radius)
{
	this->radius = radius;
	number_of_obj++;    // ++ 
}
void Circle::setRadius(double radius)
{
	this->radius = radius;
}

9. 析构函数

每一个类都有一个析构函数，当对象销毁时将自动调用该函数，析构函数与构造函数是相对的概念，如果类中没有定义析构函数，编译器将自动定义一个缺省的析构函数，析构函数与构造函数一样，与类名相同，但前面加上~符号

作用： 回忆之前的Circle类， 其中数据域有一个static类型的变量。用来记录创建的对象的个数，每当创建一个对象，numberOfObject加一。 如果采用new运算符创建动态对象， 在对象调用完毕时，会使用delete删除指向对象的指针，这时对象会被销毁，就需要执行一个析构函数，实现numberOfObject减一。

Circle::~Circle()   // 析构函数，在对象销毁时调用 
{
	number_of_obj--;
}

Course类的实现：

实现一个课程类，用于选课学生数据的保存：

数据域包括：

课程名 courseName

选课容量  capacity

选课人数    student_number

学生名单    students

类成员方法：

add_student()      // 添加学生

drop_student()     // 删除学生

get_student_list()

get_courseName()

get_student_number()

同时会用到构造函数和析构函数：

code:

course.h

// course类的定义
#ifndef COURSE_H
#define COURSE_H
#include <string>
using namespace std;
class Course
{
	private:   // 数据域
		int courseCapacity;         // 课程容量
		int student_number;   // 记录选课学生人数
		string courseName;    // 课程名称
	    string* students;     // 存储学生的数组， string【capacity】
    public:    // 成员方法 
        Course(const string& courseName, int courseCapacity);      // constructor
		~Course();       // 析构函数
		string getCourseName() const;  // 只读函数
		void addStudent(const string& name);
		void dropStudent(const string& name);
		string* getStudents() const;    // 返回学生的名单
		int getNumberOfStudent() const; 
};
#endif

course.cpp    course类的实现

// 类的实现
#include "E:\back_up\code\c_plus_code\chapter8\external_file\course.h"
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
Course::Course(const string& courseName, int courseCapacity)
{
	this->courseName = courseName;
	this->courseCapacity = courseCapacity;
	students = new string[courseCapacity]; 
	student_number = 0;
} 
 
Course::~Course()
{
	delete []students;   // 删除students指针 
}
 
string Course::getCourseName() const
{
    return courseName;	
}
 
void Course::addStudent(const string& name)
{
    if(student_number >= courseCapacity)
	{
		cout << "you cat not add student because the course is full." << endl; 
	}	
	else
	{
		students[student_number++] = name;
	}
}
 
void Course::dropStudent(const string& name)
{
	bool found_flag = false;
	int index = 0;
    for(int i=0; i<student_number-1; i++)
	{
		if(name==students[i])
		{
		   	found_flag = true;
		   	index = i;
		   	break;
		}
	}	
	if(found_flag)
	{
	    for(int i=index; i<student_number-2; i++)
		{
			students[i] = students[i+1];
		}	
		student_number--;
		cout << "Student " << name << " is successfully deleted from " << courseName << endl;
	}
	else    // 如果学生不在名单中 
	{
		cout << "Student " << name << " is not in the course " << courseName << endl;
	}
}
 
string* Course::getStudents() const
{
	return students;
}
 
int Course::getNumberOfStudent()   const
{
	return student_number;
}

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <sstream>   // 将数字转化为字符串 
#include <algorithm> 
#include "E:\back_up\code\c_plus_code\chapter8\external_file\course.h"
 
using namespace std;
 
void printStudentList(string*, int);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
   Course course1("Mathg", 3);
   //Course course2("Data Analyse", 4);
   cout << "course1's name is " << course1.getCourseName() << " and now it has " << course1.getNumberOfStudent() << " students" << endl;
   
   course1.addStudent("Tonny");
   course1.addStudent("Andrea");
   cout << "course1's name is " << course1.getCourseName() << " and now it has " << course1.getNumberOfStudent() << " students" << endl;
   cout << "The student list: " << endl;
   printStudentList(course1.getStudents(), course1.getNumberOfStudent());
   
   course1.addStudent("wang hau");
   cout << "course1's name is " << course1.getCourseName() << " and now it has " << course1.getNumberOfStudent() << " students" << endl;
   cout << "The student list: " << endl;
   printStudentList(course1.getStudents(), course1.getNumberOfStudent());
   
   course1.addStudent("huhuhu");   // 课程已满 
   
   course1.dropStudent("zhangjun");   // 删除不存在的学生 
   course1.dropStudent("Andrea");
   cout << "course1's name is " << course1.getCourseName() << " and now it has " << course1.getNumberOfStudent() << " students" << endl;
   cout << "The student list: " << endl;
   printStudentList(course1.getStudents(), course1.getNumberOfStudent());
   //Course course2("DataScience", 50); 
   
   return 0;
}
 
void printStudentList(string* student_list, int num)
{
	for(int i=0; i<num; i++)
	{
		cout << student_list[i] << endl;
	}
	cout << endl;
}

运行结果：

 

拷贝构造函数：每一个类都有一个都有一个拷贝构造函数，用于拷贝对象。拷贝构造函数可以用来创建一个对象，并用另一个对象的数据初始化新建对象。每个类都会有一个缺省的拷贝构造函数

Circle(const Circle&)

拷贝构造函数和按成员赋值运算符（=）是对对象赋值采用的一种浅拷贝。

自定义拷贝构造函数，实现深拷贝：

Course类中：

代码：

course.h

// course类的定义
#ifndef COURSE_H
#define COURSE_H
#include <string>
using namespace std;
class Course
{
	private:   // 数据域
		int courseCapacity;         // 课程容量
		int student_number;   // 记录选课学生人数
		string courseName;    // 课程名称
	    string* students;     // 存储学生的数组， string【capacity】
    public:    // 成员方法 
        Course(const string& courseName, int courseCapacity);      // constructor
		~Course();       // 析构函数
		Course(const Course& course);  // 拷贝构造函数 
		string getCourseName() const;  // 只读函数
		void addStudent(const string& name);
		void dropStudent(const string& name);
		string* getStudents() const;    // 返回学生的名单
		int getNumberOfStudent() const; 
};
#endif

course.cpp:

// 类的实现
#include "E:\back_up\code\c_plus_code\chapter8\external_file\course.h"
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
Course::Course(const string& courseName, int courseCapacity)
{
	this->courseName = courseName;
	this->courseCapacity = courseCapacity;
	students = new string[courseCapacity]; 
	student_number = 0;
} 
 
Course::~Course()
{
	delete []students;   // 删除students指针 
}
 
Course::Course(const Course& course)   // 拷贝构造函数，自定义实现，深拷贝 
{
	courseName = course.courseName;
	courseCapacity = course.courseCapacity;    // deep copy
	student_number = course.student_number;
	students = new string[courseCapacity];     
	// deepcopy实现两个copy的对象数据域指针students应该相互独立，
	//如果用浅拷贝(默认的拷贝构造函数或者“=”浅拷贝。
	//两个指针是指向相同的地址，这样在调用析构函数是，
	//同一个指针会delete两次，导致程序报错
	for(int i=0; i<student_number; i++)
	{
		students[i] = course.students[i];
	} 
} 
 
string Course::getCourseName() const
{
    return courseName;	
}
 
void Course::addStudent(const string& name)
{
    if(student_number >= courseCapacity)
	{
		cout << "you cat not add student because the course is full." << endl; 
	}	
	else
	{
		students[student_number++] = name;
	}
}
 
void Course::dropStudent(const string& name)
{
	bool found_flag = false;
	int index = 0;
    for(int i=0; i<student_number-1; i++)
	{
		if(name==students[i])
		{
		   	found_flag = true;
		   	index = i;
		   	break;
		}
	}	
	if(found_flag)
	{
	    for(int i=index; i<student_number-2; i++)
		{
			students[i] = students[i+1];
		}	
		student_number--;
		cout << "Student " << name << " is successfully deleted from " << courseName << endl;
	}
	else    // 如果学生不在名单中 
	{
		cout << "Student " << name << " is not in the course " << courseName << endl;
	}
}
 
string* Course::getStudents() const
{
	return students;
}
 
int Course::getNumberOfStudent()   const
{
	return student_number;
}

main.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <sstream>   // 将数字转化为字符串 
#include <algorithm> 
#include "E:\back_up\code\c_plus_code\chapter8\external_file\course.h"
 
using namespace std;
 
void printStudentList(string*, int);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
   Course course1("Mathg", 3);
   //Course course2("Data Analyse", 4);
   cout << "course1's name is " << course1.getCourseName() << " and now it has " << course1.getNumberOfStudent() << " students" << endl;
   
   course1.addStudent("Tonny");
   course1.addStudent("Andrea");
   cout << "course1's name is " << course1.getCourseName() << " and now it has " << course1.getNumberOfStudent() << " students" << endl;
   cout << "The student list: " << endl;
   printStudentList(course1.getStudents(), course1.getNumberOfStudent());
   
   course1.addStudent("wang hau");
   cout << "course1 infomation: " << endl;
   cout << "course1's name is " << course1.getCourseName() << " and now it has " << course1.getNumberOfStudent() << " students" << endl;
   cout << "The student list: " << endl;
   printStudentList(course1.getStudents(), course1.getNumberOfStudent());
   
   cout << "course2 infomation: " << endl;
   Course course2(course1);   // course2 copy course1
   cout << "course2's name is " << course2.getCourseName() << " and now it has " << course2.getNumberOfStudent() << " students" << endl;
   cout << "The student list: " << endl;
   printStudentList(course2.getStudents(), course2.getNumberOfStudent());
   
   return 0;
}
 
void printStudentList(string* student_list, int num)
{
	for(int i=0; i<num; i++)
	{
		cout << student_list[i] << endl;
	}
	cout << endl;
}

运行结果：实现了对象的copy

为什么Course类中，要自定义拷贝构造函数，实现深拷贝？

原因：：因为course类数据域有指向数组的指针students,如果使用上述的浅拷贝，在copy过程中，两个指针拷贝时，保存了相同地址，即指向了相同的地址。但是在程序执行完毕时，对象需要调用析构函数delete指针students，但是如果两个对象是copy的关系，则会调用两次析构函数删除相同的指针，这是程序就会报错。所以需要自定义拷贝构造函数，实现深拷贝。使两个对象中的数据域中指针students相互独立，就不会出现上述情况。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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