🙋 繼續C++ Primer 第五版的學習

注 后面還會有關于指針進一步的學習 本篇為基礎篇
🌿可以先看看這兩篇 或許可以進一步加深一下對指針的理解

指針和數組

指針簡介

🌈 上一次講了 C++中的引用，現在總結一下指針和引用的主要區別。

1?? 指針是一個變量，其存儲的是另一個變量的地址。而引用是一個別名，它和被它引用的變量共享同一內存地址。
2??指針可以被賦予空值（即NULL），而引用必須在定義時初始化，并且不能被賦予空值。
3??對指針的操作不會影響其指向的變量，除非通過指針進行賦值或解引。而對引用的操作會影響其引用的變量。

🌞下面就開始指針的學習叭~

指針

指針(pointer）是“指向（point to)”另外一種類型的復合類型。與引用類似，指針也實現了對其他對象的間接訪問。然而指針與引用相比又有很多不同點。

其一，指針本身就是一個對象，允許對指針賦值和拷貝，而且在指針的生命周期內它可以先后指向幾個不同的對象。

其二，指針無須在定義時賦初值。和其他內置類型一樣，在塊作用域內定義的指針如果沒有被初始化，也將擁有一個不確定的值。

定義指針類型的方法將聲明符寫成* d的形式，其中d是變量名。如果在一條語句中定義了幾個指針變量，每個變量前面都必須有符號*:

int *ip1, *ip2;//ip1和ip2都是指向int型對象的指針
double dp,*dp2;// dp2是指向double型對象的指針，dp是double型對象

獲取對象的地址

指針存放某個對象的地址，要想獲取該地址，需要使用取地址符（操作符&):

int ival = 42;
int *p = &ival; //p存放變量ival的地址，或者說p是指向變量ival的指針

第二條語句把p定義為一個指向int 的指針，隨后初始化p令其指向名為ival的int對象。因為引用不是對象，沒有實際地址，所以不能定義指向引用的指針。

一般而言，所有指針的類型都要和它所指向的對象嚴格匹配。

double dval;
double *pd = &dval;//正確:初始值是double型對象的地址
double *pd2 = pd; //正確:初始值是指向 double對象的指針
int *pi = pd;
//錯誤:指針pi的類型和pd的類型不匹配
pi = &dval;
//錯誤:試圖把double型對象的地址賦給int型指針

因為在聲明語句中指針的類型實際上被用于指定它所指向對象的類型，所以二者必須匹配。如果指針指向了一個其他類型的對象，對該對象的操作將發生錯誤。

指針的值

指針的值（即地址）應屬下列4種狀態之一:

1．指向一個對象。

2．指向緊鄰對象所占空間的下一個位置。

3．空指針，意味著指針沒有指向任何對象。

4．無效指針，也就是上述情況之外的其他值。

試圖拷貝或以其他方式訪問無效指針的值都將引發錯誤。編譯器并不負責檢查此類錯誤，這一點和試圖使用未經初始化的變量是一樣的。訪問無效指針的后果無法預計，因此程序員必須清楚任意給定的指針是否有效。

盡管第2種和第3種形式的指針是有效的，但其使用同樣受到限制。顯然這些指針沒有指向任何具體對象，所以試圖訪問此類指針（假定的）對象的行為不被允許。如果這樣做了，后果也無法預計。

利用指針訪問對象

如果指針指向了一個對象，則允許使用解引用符（操作符*）來訪問該對象:

int ival = 42;
int *p = &ival; // p存放著變量ival的地址，或者說p是指向變量ival的指針*
*cout<<*p;//由符號*得到指針p所指的對象，輸出42

對指針解引用會得出所指的對象，因此如果給解引用的結果賦值，實際上也就是給指針所指的對象賦值:

*p = 0;
//由符號*得到指針p所指的對象，即可經由p為變量ival賦值
cout<<*p;//輸出0

如上述程序所示，為*p賦值實際上是為p所指的對象賦值。解引用操作僅適用于那些確實指向了某個對象的有效指針。

關鍵概念:某些符號有多重含義

像&和*這樣的符號,既能用作表達式里的運算符,也能作為聲明的一部分出現,符號的上下文決定了符號的意義:

int i= 42;
int &r =i;//&緊隨類型名出現，因此走聲明的一部分，r是一個引用
int *p;//*緊隨類型名出現，因此是聲明的一部分,p是一個指針
p = &i;//&出現在表達式中，是一個取地址符
*p= i;//*出現在表達式中，是一個解引用符
int &r2= *p;//&是聲明的一部分，*是一個解引用符

在聲明語句中,&和*用于組成復合類型;在表達式中,它們的角色又轉變成運算符。在不同場景下出現的雖然是同一個符號,但是由于含義截然不同,所以我們完全可以把它當作不同的符號來看待。

空指針

空指針（null pointer）不指向任何對象，在試圖使用個指針之前代碼可以首先檢查它是否為空。以下列出幾個生成空指針的方法:

int *pl = nullptr;
//等價于int *pl = 0;
int *p2 =0;
//直接將p2初始化為字面常量0
//需要首先#include cstdlib
int *p3 = NULL;
//等價于int *p3 = 0;

得到空指針最直接的辦法就是用字面值nullptr來初始化指針，這也是CH+11新標準剛剛引入的一種方法。nullptr是一種特殊類型的字面值，它可以被轉換成(參見2.1.2節，第32頁)任意其他的指針類型。另一種辦法就如對p2的定義一樣，也可以通過將指針初始化為字面值0來生成空指針。

過去的程序還會用到一個名為NULL 的預處理變量(preprocessor variable）來給指針賦值,這個變量在頭文件cstdlib中定義，它的值就是0。

把int變量直接賦給指針是錯誤的操作，即使int變量的值恰好等于0也不行。

int zero= 0;
pi = zero;
//錯誤:不能把int 變量直接賦給指針

初始化指針

使用未經初始化的指針是引發運行時錯誤的一大原因。
和其他變量一樣，訪問未經初始化的指針所引發的后果也是無法預計的。通常這一行為將造成程序崩潰,而且一旦崩潰，要想定位到出錯位置將是特別棘手的問題。

在大多數編譯器環境下,如果使用了未經初始化的指針,則該指針所占內存空間的當前內容將被看作一個地址值。訪問該指針,相當于去訪問一個本不存在的位置上的本不存在的對象。糟糕的是,如果指針所占內存空間中恰好有內容，而這些內容又被當作了某個地址，我們就很難分清它到底是合法的還是非法的了。

因此建議初始化所有的指針，并且在可能的情況下,盡量等定義了對象之后再定義指向它的指針。如果實在不清楚指針應該指向何處,就把它初始化為nullptr或者0,這樣程序就能檢測并知道它沒有指向任何具體的對象了。

賦值和指針

指針和引用都能提供對其他對象的間接訪問，然而在具體實現細節上二者有很大不同，其中最重要的一點就是引用本身并非一個對象。一旦定義了引用，就無法令其再綁定到另外的對象，之后每次使用這個引用都是訪問它最初綁定的那個對象。

指針和它存放的地址之間就沒有這種限制了。和其他任何變量(只要不是引用)一樣，給指針賦值就是令它存放一個新的地址，從而指向一個新的對象:

int i =42;
int *pi = 0;
//pi被初始化，但沒有指向任何對象
int *pi2 = &i;
//pi2被初始化，存有i的地址
int *pi3;
//如果pi3定義于塊內，則pi3的值是無法確定的
pi3 = pi2;
// pi3和pi2指向同一個對象i
pi2 = 0;
//現在pi2不指向任何對象了

有時候要想搞清楚一條賦值語句到底是改變了指針的值還是改變了指針所指對象的值不太容易,最好的辦法就是記住賦值永遠改變的是等號左側的對象。當寫出如下語句時，

pi = &ival;
//pi的值被改變，現在pi指向了ival

意思是為pi賦一個新的值，也就是改變了那個存放在pi 內的地址值。相反的，如果寫出如下語句:

*pi = 0;
//ival的值被改變，指針pi并沒有改變

則* pi（也就是指針pi指向的那個對象）發生改變。

其他指針操作

只要指針擁有一個合法值,就能將它用在條件表達式中。和采用算術值作為條件（參見2.1.2節，第32頁）遵循的規則類似，如果指針的值是0,條件取false:

int ival = 1024;
int *pi = 0;// pi合法，是一個空指針
int *pi2 = &ival;// pi2是一個合法的指針存放著ival的地址
if (pi)//pi的值是0，因此條件的值是false...
if (pi2)// pi2指向ival，因此它的值不是0，條件的值是true

任何非0指針對應的條件值都是true。

對于兩個類型相同的合法指針，可以用相等操作符(==）或不相等操作符(!=）來比較它們，比較的結果是布爾類型。如果兩個指針存放的地址值相同，則它們相等;反之它們不相等。這里兩個指針存放的地址值相同(兩個指針相等）有三種可能:它們都為空、都指向同一個對象，或者都指向了同一個對象的下一地址。

需要注意的是，一個指針指向某對象，同時另一個指針指向另外對象的下一地址，此時也有可能出現這兩個指針值相同的情況，即指針相等。

因為上述操作要用到指針的值，所以不論是作為條件出現還是參與比較運算，都必須使用合法指針，使用非法指針作為條件或進行比較都會引發不可預計的后果。

void* 指針

void*是一種特殊的指針類型,可用于存放任意對象的地址。一個void * 指針存放著一個地址，這一點和其他指針類似。不同的是，我們對該地址中到底是個什么類型的對象并不了解:

double obj= 3.14, *pd = &obj;
//正確:void*能存放任意類型對象的地址
void *pv = &obj;
// obj可以是任意類型的對象
pv = pd;
//pv可以存放任意類型的指針

利用void指針能做的事兒比較有限: 拿它和別的指針比較、作為函數的輸入或輸出，或者賦給另外一個 void * 指針。**不能直接操作 void指針所指的對象，因為我們并不知道這個對象到底是什么類型，也就無法確定能在這個對象上做哪些操作。**

概括說來，以void * 的視角來看內存空間也就僅僅是內存空間,沒辦法訪問內存空間中所存的對象，關于這點將在19.1.1節（第726頁）有更詳細的介紹，4.11.3節（第144頁)將講述獲取void*指針所存地址的方法。

練習

//練習2.18:編寫代碼分別更改指針的值以及指針所指對象的值。
//練習2.19:說明指針和引用的主要區別。
//練習2.20:請敘述下面這段代碼的作用。
int i = 42;
int *pl = &i;
*p1 = *p1 * *pl;
//練習2.21:請解釋下述定義。在這些定義中有非法的嗎?如果有，為什么?
int i = 0;
(a) double* dp = &i; (b)int *ip = i; (c) int *p = &i;
//練習2.22:假設p是一個int型指針，請說明下述代碼的含義。
if (p)// ...
if(*p)// ...
//練習2.23:給定指針p，你能知道它是否指向了一個合法的對象嗎?如果能，敘述判斷的思路;如果不能，也請說明原因。
//練習2.24:在下面這段代碼中為什么p合法而lp非法?
int i = 42;
void *p = &i;
long * lp = &i;

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答案

答案🏮

1??練習2.18:編寫代碼分別更改指針的值以及指針所指對象的值。

int a = 10;
int *p = &a;
int *q = p;// 更改指針的值
p = q; // 現在p和q指向相同的地址// 更改指針所指對象的值
*p = 20; // 現在a的值變為20

2??練習2.19:說明指針和引用的主要區別。

1. 指針是一個變量，其存儲的是另一個變量的地址。而引用是一個別名，它和被它引用的變量共享同一內存地址。
2. 指針可以被賦予空值（即NULL），而引用必須在定義時初始化，并且不能被賦予空值。
3. 對指針的操作不會影響其指向的變量，除非通過指針進行賦值或解引。而對引用的操作會影響其引用的變量。

3??練習2.20:請敘述下面這段代碼的作用。

int i = 42;
int *pl = &i;
*p1 = *p1 * *pl;

它首先定義了一個整型變量i并賦值為42，然后定義了一個指向i的指針pl。接著，它嘗試通過p1修改p1所指向的變量的值，使其變為p1所指向的值與i值的乘積。

就是說 先定義并初始化了一個變量i，然后pl指向i，也就是*pl就是i的值，即42，然后 *pl= *p1 * *pl; 于是 *pl=42 *42 ；又由于然后pl指向i，所以i此時也被更改為42 * 42

4??練習2.21:請解釋下述定義。在這些定義中有非法的嗎?如果有，為什么?

int i = 0;
(a) double* dp = &i; (b)int *ip = i; (c) int *p = &i;

(a) 非法。因為i是整型變量，而double類型和整型不兼容。

(b) 非法。因為i是一個整型變量，不能直接作為指針賦值。

? 合法

5??練習2.22:假設p是一個int型指針，請說明下述代碼的含義。

if (p)// ...
if(*p)// ...

• if(p) 檢查p是否不為NULL，即p是否指向了一個有效的內存地址。
• if(*p) 檢查p所指向的內存地址的內容是否不為零（或其他非真值）。

6??練習2.23:給定指針p，你能知道它是否指向了一個合法的對象嗎?如果能，敘述判斷的思路;如果不能，也請說明原因。

不能。判斷指針是否指向一個合法的對象，需要檢查指針是否為NULL，以及它所指向的地址是否有效。然而，這并不總是安全的，因為指針可能指向一個有效的地址，但該地址的內容可能是不合法的或者已經被釋放。

所以不論是作為條件出現還是參與比較運算，都必須使用合法指針，使用非法指針作為條件或進行比較都會引發不可預計的后果。

7??練習2.24:在下面這段代碼中為什么p合法而lp非法?

int i = 42;
void *p = &i;
long * lp = &i;

void*是一種特殊的指針類型,可用于存放任意對象的地址。一個void * 指針存放著一個地址。在這段代碼中，p是合法的，因為它被初始化為指向i的地址，這是一個有效的整型地址。

lp是非法的，因為int和long類型不兼容。雖然lp被賦予了i的地址，但這個地址對于long類型的數據是不正確的，因此這種用法是非法的。

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