指针系列——认识指针

综述

指针在c++学习中一直是难点和重点，由于在项目中指针应用比较灵活，所以指针所引发的问题比较多，最近针对指针进行重点学习。有人说，掌握指针，也就掌握c语言的精髓。c++中当然也有指针，同时还包括继承、多态等等。

内存四区

没有内存，就没有指针，在理解指针的开始阶段，先重点讲解内存五区。

如上图所示：一般下理解内存分为栈、堆、常量区、代码区、全局区。
栈：程序中局部变量、参数包括形参、数组、指针存放在栈中，编译器在函数调用结束后，自动释放，所以注意指针的指向。
堆：程序员手工申请的内存（molloc，new），一般堆内存比栈内存大，在大数据处理中，可以利用堆，进行数据存储、计算。
常量区：包括常量、字符串常量，指针指向此区，不能修改常量值
代码区：存放函数体的二进制代码。
全局区：全局变量和静态变量存储放在一块，在程序结束后自动释放。

int a = 0;//a全局初始化区
char * p ;//全局未初始化区
int main()
{
    int b;//因为在函数中，在栈中申请内存
    int inum = 0;//首先在常量区分配内存存放0，然后在栈中分配内存存放inum，最后将0赋值给inum。0 在程序结束后自动释放。
    int a[10];//在栈中分配了一个数组，有连续的内存空间放int型数据，内存为40字节
    char *p1;//在栈分配内存，指针是四个字节，此时没有向指针变量中赋值，也就是没有指向内存，此时操作这个指针会报错。
    char *p3 = "1234124";//首先常量区分配内存存放字符串常量，用指针*p3，指向这块内存空间，只能访问。如果用 *p3 = "23";编译会报错，常量区不可修改啊
    static int a1 = 0;//全局去（静态区）
    p1 = new char();    //通过了new和molloc 了在分配字节在堆中，当然指针在栈中。

    int *p4 = new int[10];//在堆中分配内存为40字节。
}

 

栈和堆

堆和栈在程序到底有什么不同，当然从表面上可以看到两者因为申请方式不一样，可以清晰知道两者的区别。那在内存中具体的不同有哪些。

1. 管理方式不同
栈是编译器自动管理，堆需要我们手工创建，手工释放。在程序中，一般通过内存的指针进行释放，所以指向堆的指针指向千万不能变化。要有一个指针保存申请内存的首地址。

1. 空间大小不同
   一般在32位操作系统下，栈的内存一般都是一定的空间的大小的，在vc6下面默认的空间大小是1M，而堆的大小可以达到4G空间，从这个角度上讲堆内存几乎没有限制。
2. 碎片问题
   对于堆来讲，因为经常new/delete操作，造成内存空间不连续，造成大量的内存碎片，使程序效率低下。栈就没有这种问题。
3. 生长方向
   堆是向上生长，栈向下生长。意味在程序中申请栈和堆的内存时，内存地址变化方向不一样。栈中变量申请越往后，地址越小。
4. 分配方式
   堆是动态分配，没有静态分配的堆。栈有2中分配方式，静态分配就是常见的局部变量声明。动态分配有alloca分配，系统自动回收。
5. 分配效率
   栈由机器系统提供的数据结构，计算机底层对栈支持：专门的寄存器存放栈的地址，有压栈出栈指令执行，决定栈的效率较高。堆是由c++函数库提供，机制比较复杂，如果没有足够内存空间（碎片过多），极有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，然后再返回。显然堆的效率比较低下。

在程序中大量使用new/delete，容易造成大量内存碎片，效率低下。栈在程序中应用最广泛，就是函数调用也是通过栈完成，函数调用过程的参数，返回地址和局部变量采用栈的方式存放。

指针理解

没有内存，就没有指针，这句话充分说明指针的本质和作用。在系统中如果指针指向的内存空间没有内存，肯定报错，另一方面，利用指针去修改只读内存的内容，也是报错的。如果理解指针，必须从四个方面理解：1、指针类型；2、指针指向变量的类型；3、指针的值或者说指向内存空间地址；4、指针本身占据的内存区。

• 指针类型和指针指向的类型

首先指针是变量，是一种特殊的变量，它里面存储的数值被解释为内存里的一个地址，在指针变量加*后，就可以获取或操作指向内存空间的值。这样通过指针操作内存中数据便很方便。
下面举例说明下

int* ptr;//指针的类型是：int*

char* ptr;//指针的类型是：char*

int ** ptr;//指针的类型是：int**

int (*ptr)[];//指针的类型是：(*)[]

int *(*ptr)[];//指针的类型是：*(*)[]

 

找出指针的类型很简单，关键是指针指向的类型。当你同过指针来访问指针所指向的内存区时，指针指向的类型决定了编译器吧内存里内容当做什么看待。从语法看看，只需要把指针声明语句中*，去掉，便得知。

int (*ptr)[3]//指针指向类型为int()[3],意味着*(ptr+1)时，内存跳转大小是3*sizeof（int），而不是sizeof(int)了，这是指向数组的指针。

指针的类型和指针指向的类型很不一样，我们常常关心指针指向的类型。

• 指针的值和指针指向的值

指针的值是指指针本身存储的数值，由于在32位程序中，指针的值就是个32位整数，所以指针占据4个字节。我们说指针的值是XX，就是指针指向了以XX为首地址的一片内存区域。
指针指向的值就是指向内存空间中的值，也可以是函数指针奥。

指针常量和常量指针

在C/C++中关键字const用来定义一个只读的变量或者对象，有如下优点
（1）便于类型检查，如函数的函数 fun（const int a） a的值不允许变，这样便于保护实参。
（2）功能类似与宏定义，方便参数的修改和调整。如 const int max = 100；
（3）节省空间，如果再定义a = max,b=max。。。就不用在为max分配空间了，而用宏定义的话就一直进行宏替换并为变量分配空间
（4）为函数重载提供参考

首先一定要明白哪种定义方式是常量指针，哪种是指针常量，这里可以记住三句话加深记忆：

• （指针）和 const（常量） 谁在前先读谁 ；*象征着地址，const象征着内容；谁在前面谁就不允许改变。

int a =3;
int b = 1;
int c = 2;
int const *p1 = &b;//const 在前，定义为常量指针
int *const p2 = &c;//*在前，定义为指针常量 

 

常量指针p1：指向的地址可以变，但内容不可以重新赋值，内容的改变只能通过修改地址指向后变换。

p1 = &a是正确的，但 *p1 = a是错误的。
指针常量p2：指向的地址不可以重新赋值，但内容可以改变，必须初始化，地址跟随一生。
p2= &a是错误的，而*p2 = a 是正确的。

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