C++ 中指針的高級應用非常豐富，掌握這些內容能讓你寫出更高性能、更底層控制力強的代碼。下面是應用模塊梳理和例子講解。

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目錄預覽

1. 函數指針與回調機制
2. 指針數組 vs 數組指針
3. 指針與類成員函數（成員函數指針）
4. 智能指針（unique_ptr, shared_ptr, weak_ptr）
5. 指針與繼承、虛函數表（vtable）
6. 指針與內存對齊、指針算術
7. 指針類型轉換（reinterpret_cast, static_cast）
8. 指針模擬多態和接口
9. 自定義 allocator / 內存池（高級性能優化）
10. 指針與并發（原子指針、鎖自由結構）

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1. 函數指針與回調機制

聲明與使用

void hello() {std::cout << "Hello\n";
}void call(void (*func)()) {func(); // 調用傳入的函數指針
}

也可以傳入帶參數的函數：

void print(int x) {std::cout << x << "\n";
}void call(void (*func)(int), int val) {func(val);
}

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2. 指針數組 vs 數組指針

表達式	含義
int* arr[10]	數組，每個元素是 int*
int (*arr)[10]	指向數組 的指針

示例

int* pArr[10];       // 10 個 int 指針
int arr[10];
int (*p)[10] = &arr; // 一個指針，指向包含 10 個 int 的數組

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3. 成員函數指針

聲明和調用成員函數指針：

class A {
public:void show() { std::cout << "A::show\n"; }
};void (A::*pFunc)() = &A::show;A a;
(a.*pFunc)();  // 使用成員函數指針調用

注意：成員函數指針與普通函數指針不同，它需要對象實例才能調用。

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4. 智能指針（現代 C++ 的推薦方式）

std::unique_ptr

std::unique_ptr<int> p = std::make_unique<int>(10);

• 不能拷貝，只能轉移
• 自動析構，無需手動 delete

std::shared_ptr

std::shared_ptr<int> p1 = std::make_shared<int>(20);
std::shared_ptr<int> p2 = p1;  // 引用計數 +1

• 多個指針共享對象生命周期

std::weak_ptr

避免循環引用

std::weak_ptr<int> wp = p1;

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5. 指針與虛函數表（vtable）

基類指針指向派生類（多態）

class Base {
public:virtual void foo() { std::cout << "Base\n"; }
};class Derived : public Base {
public:void foo() override { std::cout << "Derived\n"; }
};Base* b = new Derived();
b->foo(); // 輸出 "Derived"

底層通過虛函數表（vtable）實現，vptr 指針指向類的虛函數表。

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6. 內存對齊與指針算術

struct alignas(16) Vec4 {float x, y, z, w;
};

指針算術是按類型大小偏移的：

int* p = arr;
p += 2; // 實際偏移 sizeof(int) * 2 字節

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7. 指針類型轉換

int a = 10;
void* vp = &a;int* ip = static_cast<int*>(vp); // OK
float* fp = reinterpret_cast<float*>(ip); // 危險，類型錯配

類型轉換建議順序：

• static_cast：安全的編譯期轉換
• reinterpret_cast：位級別轉換，需小心
• const_cast：去掉 const 限定
• dynamic_cast：用于 RTTI 下的多態類型轉換（帶 virtual）

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8. 指針模擬多態與接口

struct Interface {void (*run)(void*);void* self;
};void do_something(void* p) {std::cout << "Run on raw object\n";
}Interface iface = { do_something, nullptr };
iface.run(iface.self);

• 類似于 C 風格接口表
• 可用于插件系統、自定義腳本語言嵌入等

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9. 自定義內存分配器（性能優化）

使用自定義 pointer allocator，跳過 malloc/new：

template <typename T>
class MyAllocator {...T* allocate(size_t n) { return static_cast<T*>(::operator new(n * sizeof(T))); }
};

結合 STL 使用：

std::vector<int, MyAllocator<int>> v;

也可做內存池管理（如用于點云、游戲對象池）

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10. 指針與并發

• std::atomic<T*> 保證多線程訪問安全
• 可用于 lock-free 數據結構

std::atomic<int*> ap;
int* p = new int(42);
ap.store(p);

高級：Hazard Pointer、ABA 問題、Compare-And-Swap（CAS）

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總結腦圖式表

            ┌────────────┐│ 高級指針用法│└────────────┘↓┌────────────┬────────────┬────────────┬────────────┐│ 函數指針   │ 成員指針   │ 智能指針   │ 指針算術   │├────────────┴────────────┴────────────┴────────────┤│ 內存池     │ 指針與類   │ vtable 多態│ 類型轉換   │├────────────┬────────────┬────────────┬────────────┤│ ABI + 棧幀 │ 并發原子指針│ 插件接口  │ STL allocator │└────────────┴────────────┴────────────┴────────────┘