第4讲——指针

指针知识，我们在C语言学习的已足够多，然而现在我们仍需学习。我特地花了一讲的篇幅来详细讲述指针。

我将在C语言学过的指针知识都一带而过，而将一些重要的点认真讲解。

 

首先，什么是指针？

指针是一个变量，这个变量存储的是值的地址，而不是值本身。

常规变量的地址是怎么找到的呢？如home是一个变量，那么&home就是它的地址。

int a = 6;
cout<<"a value = "<<a<<endl;    //输出a的值 
cout<<"a address = "<<&a<<endl;    //a的地址 

 

我们仿佛可以这样总结：使用常规变量时，值是指定的量，而地址为派生量。

但是，指针变量却将地址视为指定的量，而将值视为派生量。

于是，指针名表示的是地址，*运算符被称为间接值或解除引用运算符，将其应用于指针，可以得到该地址处存储的值。

但我们要知道，*a是指“a指向的变量”，而不仅仅是“a指向的变量所拥有的值”。即*a与常规int变量等效。

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	int x = 6;
	int *a;
	a = &x;
	//输出值 
	cout<<"Values: x = "<<x;
	cout<<", *a = "<<*a<<endl;
	//输出地址
	cout<<"Addresses: &x = "<<&x;
	cout<<", a = "<<a<<endl; 
	//使用指针改变值
	*a = *a + 1;　　　　//将修改a指向的变量的值
	cout<<"Now x = "<<x<<endl; 
}

 

执行程序：

 

我们知道，指针伴随着风险，那么是什么风险呢？

在C++中创建指针时，计算机将分配用来存储地址的内存，但不会分配用来存储指针所指向的数据的内存。我们应该记住，为数据提供空间是一个独立的步骤。

int *a;
*a = 100;

a确实是一个指针，但它指向哪里呢？上述代码没有将地址赋给a，那么100将被放在哪里呢？我们不知道，由于a没有被初始化，它可能有任何值。不管值是什么，程序都将它解释为存储100的地址。

所以我们一定要在对指针应用解除引用运算符（*）之前，将指针初始化为一个确定的、适当的地址。

 

我们刚开始学指针的时候，有这样一道题，让你编写一个交换两个变量的值的程序。

#include <iostream>
using namespace std;
//值调用
void swap1(int a,int b)
{
    int t = a;    a = b;    b = t;
}
//地址调用 
void swap2(int *a,int *b)
{
    int t = *a;    *a = *b; *b = t;
}
int main()
{
    int a = 3,b = 4; 
    swap1(a,b);
    cout<<a<<" "<<b<<endl;        //输出"3 4" 
    swap2(&a,&b); 
    cout<<a<<" "<<b<<endl;        //输出"4 3"
}

 

除了值调用之外，我们还要提防下面这个错误：

#include <iostream>
using namespace std;
void swap(int *a,int *b)
{
	int *t;
	*t = *a;	
	*a = *b; 
	*b = *t;
}
int main()
{
	int a = 3,b = 4; 
	swap(a,b);
	cout<<a<<" "<<b<<endl;		//输出"4 3" 
}

这个程序错在哪呢？t是一个指向int型的指针，因此*t是一个整数。用一个整数作为辅助变量去交换两个整数有何不妥？而且，我们也得到了正确结果。

问题就是，t存储的地址是什么？也就是说t指向哪里？因为t是一个变量，根据规则，它在赋值之前是不确定的如果这个“不确定的值”所代表的内存单元恰好是能写入的，那么这段程序将正常工作；如果它是只读的，程序可能会崩溃。

=================================================我是分界线===============================================

上面一部分我们了解了指针的基本定义，接下来我们来谈谈与指针密切相关的动态内存空间。

哈哈，我们要谈新知识点了，想想还有点小激动嘞（毕竟指针在C语言就啃烂了）。。。

 

你们知道指针如何实现在程序运行时分配内存吗？？

前面的指针用法都是对指针的大材小用，指针真正的用武之处——在运行阶段分配未命名的内存以存储值。请谨记，在这种情况下，只能通过指针来访问内存。

 

在C++中，我们会使用new运算符来分配内存。

例如，我们试试在运行阶段为一个int值分配未命名的内存，并使用指针来访问这个值。

这里的关键所在是C++的new运算符。程序员要告诉new：需要为哪种数据类型分配内存。

于是，new将找到一个长度正确的内存块，并返回该内存块的地址。程序员的责任是将该地址赋给一个指针。

下面是一个这样的示例：

int *p1 = new int;

new int 告诉程序，需要适合存储int的内存。new运算符根据类型来确定需要多少字节的内存。然后，它找到这样的内存，并返回其地址。接下来，将地址赋给p1，p1被声明为指向int的指针。现在，p1是地址，而*p1是存储在那里的值。

如果将上述方法与下述方法（将变量的地址赋给指针）进行比较：

int n;
int *p2 = &n;

在这两种情况（p1和p2）下，都是将一个int变量的地址赋给了指针。

我们要知道，第二种情况下，可以通过名称n来访问该int，而在第一种情况下，则只能通过该指针进行访问。

这引出了一个问题：p1指向的内存没有名称，如何称呼它呢？

我们说p1指向一个数据对象，这里的“对象”不是“面向对象编程”中的对象，而是一样“东西”。术语“数据对象”比“变量”更通用，它指的是为数据项分配的内存块。因此，变量也是数据对象，但p1指向的内存不是变量。

为一个数据对象（可以是基本类型，也可以是结构）获得并指定分配内存的通用格式如下：

typeName *pointer_name = new typeName;

对于指针，我们还需知道：new分配的内存块通常与常规变量声明分配的内存块不同。常规变量的值都存储在被称为栈的内存区域中，而new从被称为堆或自由存储区的内存区域分配内存。

我们要做个有始有终的人，既然我们借用完内存，我们就应该将其归还给内存池。

int *ps = new int;
...
delete ps;

这将释放ps指向的内存，但不会删除指针ps本身。例如，我们可以将ps重新指向另一个新分配的内存块。

如果我们不使用delete来释放使用new分配的内存，那么将会发生内存泄漏。

 

然后我们来谈一谈使用new创建动态结构

将new用于结构由两步组成：创建结构和访问其成员

例如，我们创建一个未命名的student类型，并将其地址赋给一个指针：

student *ps = new student;

这将把足以存储student结构的一块可用内存的地址赋给ps。

而对于这种没有名称、只知道它的地址的结构，C++提供了->运算符来访问成员。

什么？？那何时用句点运算符？何时用箭头运算符？

如果结构标识符是结构名，则使用句点运算符；如果标识符是指向结构的指针，则使用箭头运算符。

凡事无绝对，对于上面的指针ps，我们知道它指向结构，那么*ps就是被指向的值——结构本身。故可用*ps接句点运算符访问结构成员。

 

【补充一点点】

 

• 将指针变量加1，其增加后的值等于指向的类型占用的字节数；
• 对指针解除引用的两种方法：①使用解除引用运算符（*），②使用数组表示法（pn[1]与*(pn+1)等价）；
• 数组名和指针名常常可以进行相同的操作，但只可以修改指针的值，而数组名是常量；
• 对数组应用sizeof运算符得到的是数组的长度，而对指针应用sizeof得到的是指针的长度，即使指针指向的是一个数组。