清华大学《C++语言程序设计基础》线上课程笔记04---指针

指针

static int i;
static int* ptr = &i;

• 此处的*表示ptr是指针类型(地址类型),用来存放目标数据的地址
• 其本身也有地址,所以又指向指针的指针;
• *前面的 int 代表其指向的数据类型是 int 型,从目标i的起始单元地址取 int 数据类型字节长度的内容进行处理;

*ptr=3;

• 此处的 * 表示指针运算,即寻址过程,按照地址寻找数据单元;
  
  其逆运算为 & 地址运算,即返回数据单元的起始地址.

指针变量的初始化

定义变量后不进行初始化,会默认存储垃圾数据;

指针变量必须存储合法取得的地址;

int a;  //1.
int *pa = &a;

1.用变量地址作为初值时，该变量必须在指针初始化之前已声明过，且变量类型应与指针类型一致;

2.可以用一个已有合法值的指针去初始化另一个指针变量;(没找到例子)

3.不要用一个内部(局部)非静态变量去初始化 static 指针。(局部变量消亡后原本的地址就没有了意义,或者存储了其他数据)

指针变量的赋值

向指针变量赋的值必须是地址常量或变量，不能是普通整数，

例如：

1.通过地址运算“&”求得已定义的变量和对象的起始地址;

2.动态内存分配成功时返回的地址.

• 允许定义或声明指向void类型的指针。该指针可以被赋予任何类型对象的地址,但只用来存放地址,不能进行指针运算.

void *general;

//void类型指针的使用

int main() {
//!void voidObject; 错，不能声明 void 类型的变量,编译器无法分配存储区域大小
void *pv; //对，可以声明void类型的指针
int i = 5;
pv = &i; //void类型指针指向整型变量
int *pint = static_cast<int *>(pv); //void指针转换为int指针
cout << "*pint = " << *pint << endl;
return 0;
}

P.S.空指针

int *p=0;
double *q=NULL; //这两种为旧时代的用法,有隐藏 BUG

float *a=nullptr;//C++11标准后的安全空指针

指向常量的指针

指针存储的地址可以更改,但不能改变所指向的对象的值

int a;
const int *p1 = &a; //p1是指向常量的指针
int b;
p1 = &b; //正确，p1本身的值可以改变
*p1 = 1; //编译时出错，不能通过p1改变所指的对象

指针类型的常量

若声明指针常量，则指针本身的值不能被改变。

int a;
int * const p2 = &a;
p2 = &b; //错误，p2是指针常量，值不能改变

指针的算术运算

short a[4];
short* p=a;  //数组名便是数组首地址a[0]

*(p+2)等同于a[2];

p++后指针往后移动一个short类型长度,读取下一个short类型数据;

• 运算的结果值取决于指针指向的数据类型，总是指向一个完整数据的起始位置;
• 当指针指向连续存储的同类型数据时，指针与整数的加减运和自增自减算才有意义。
  
  因为如果是单个变量,算术运算后移动了n个数据类型的长度,取到的是无意义数据.

指针类型的关系运算

• 指向相同类型数据的指针之间可以进行各种关系运算;
• 指向不同数据类型的指针，以及指针与一般整数变量之间的关系运算是无意义的;

P.S.可以和零之间进行等于或不等于的关系运算,来判断是不是空指针.

例如：p==0或p!=0

用指针访问数组元素

int a[10], *pa;
pa=&a[0]; 或 pa=a;

pa就是a[0]，(pa+1)就是a[1]，... ，*(pa+i)就是a[i];

a[i], *(pa+i), *(a+i), pa[i]都是等效的。

int a[10] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };

1.
for (int i = 0; i < 10; i++)
cout << a[i] << " ";

2.
for (int *p = a; p < (a + 10); p++)  //此处a为首地址,a+10此处运算类似指针的算术运算,是地址往后移动10个a类型的长度
cout << *p << " ";

3.
for (int i = 0; i < 10; i++)
cout << *(a+i) << " ";

4.
for (int *p = a,i=0; i<10; i++)
cout << p[i] << " ";

指针数组

int main() {
int line1[] = { 1, 0, 0 }; //矩阵的第一行
int line2[] = { 0, 1, 0 }; //矩阵的第二行
int line3[] = { 0, 0, 1 }; //矩阵的第三行

int *pLine[3] = { line1, line2, line3 }; //定义整型指针数组并初始化

//输出矩阵
for (int i = 0; i < 3; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++)
cout << pLine[i][j] << " ";  //此处pLine[1]等价于数组名line1，所以可以套用“数组名+下标”的方式表示数组中的某一个数据，即pLine[0][1]等价于line1[1];
cout << endl;
}

指针数组与二维数组的显著区别在于:

• 二维数组的每一个行都是等长的;
• 而指针数组是用多个一维数组进行堆砌,形成一个类似二维数组的集合,每一行可以不等长;

以指针作为函数参数

为什么需要用指针做参数？

1.需要数据双向传递时（引用也可以达到此效果）

用指针作为函数的参数，可以使被调函数通过形参指针存取主调函数中实参指针指向的数据，实现数据的双向传递

2.需要传递一组数据，只传首地址运行效率比较高;

实参是数组名时，形参可以是指针

和引用一样,如果只想读取数据而不想让其更改数据,可以使用指向常量的指针

const int* p;

指针类型的函数

若函数的返回值是指针，该函数就是指针类型的函数

int* function();

• 不要将非静态局部地址用作函数的返回值(非静态局部变量返回时已经消亡);
• 返回的指针要确保在主调函数中是有效、合法的地址;
  
  比如:

1.主函数定义的数组;

2.在子函数中通过动态内存分配new操作取得的内存地址,但要记得在主函数中进行delete;

函数指针

函数为:
int example(int a)

指向该函数的指针为:
int (*function)(int)   //名字可以随便起

p.s.与指针类型的函数区别在于:
将*和函数名包含起来的小括号()+后面小括号里的参数类型
int *function();
int* function() //返回int*,即int型指针的函数

指针保存内存地址;

函数的代码在内存中拥有地址;

所以可用指针存取函数代码首地址,并据此指向函数.

函数指针的典型用途——实现函数回调

int compute(int a, int b, int(*func)(int, int))
{ return func(a, b);}

int max(int a, int b)
{ return ((a > b) ? a: b);} 

int min(int a, int b)
{ return ((a < b) ? a: b);}

int sum(int a, int b)
{ return a + b;}

res = compute(a, b, & max);//将函数代码首地址传给函数指针
res = compute(a, b, & min);
res = compute(a, b, & sum);

对象指针

Point a(5,10);
Piont *ptr;
ptr=&a;

对象指针名->成员名
例：ptr->getx() 相当于 (*ptr).getx();

this 指针

• 指向当前对象自己;
• 隐含于类的每一个非静态成员函数中;
• 当通过一个对象调用成员函数时，系统先将该对象的地址赋给this指针，然后调用成员函数，成员函数对对象的数据成员进行操作时，就隐含使用了this指针。

例如：Point类的getX函数中的语句：
return x;
相当于：
return this->x;  //指向调用该函数的类的实例化对象

动态内存分配

指针不可替代的作用

动态申请内存操作符 new

• new 类型名T（初始化参数列表）

Point *ptr1 = new Point(1,2);

• 在程序执行期间，申请用于存放T类型对象的内存空间，并依初值列表赋以
  
  初值。
• 结果值(不一定成功)：成功：T类型的指针，指向新分配的内存；失败：抛出异常。

释放内存操作符 delete

释放指针p所指向的内存

分配和释放动态数组

写程序时不知道要用到的数据规模有多大时,可以动态创建数组,用完后主动释放;

new 类型名T [ 数组长度 ];

delete[] 数组名p

例子:
Point *ptr = new Point[2]; //创建对象数组
ptr[0].move(5, 10); //通过指针访问数组元素的成员,首地址名+下标
ptr[1].move(15, 20);
delete[] ptr; //删除整个对象数组

动态创建多维数组

new 类型名T[第1维长度][第2维长度]…；

例子1:
char (*fp)[3];  //去掉第一个[],留下剩下的值
fp = new char[2][3]; //fp获得第一行的首地址, fp+1 指向第二行的首地址

例子2:
int (*cp)[9][8] = new int[7][9][8];

for (int i = 0; i < 7; i++)
    for (int j = 0; j < 9; j++)
        for (int k = 0; k < 8; k++)
            cout << cp[i][j][k] << " ";

delete[] cp;

将动态数组封装成类(可用vector代替该功能)

• 更加简洁，便于管理;
• 可以在访问数组元素前检查下标是否越界

class ArrayOfPoints { //动态数组类
public:
ArrayOfPoints(int size) : size(size){  //构造函数
points = new Point[size];  //创建动态数组
}

~ArrayOfPoints() {  //析构函数
cout << "Deleting..." << endl;
delete[] points;
}

Point& element(int index) {  //返回引用可以用来操作封装数组对象内部的数组元素,返回值则只是一份副本
assert(index >= 0 && index < size);  //检查是否越界
return points[index];
}

private:
Point *points; //指向动态数组首地址
int size; //数组大小
}

int count;
cout << "Please enter the count of points: ";
cin >> count;
ArrayOfPoints points(count); //创建数组对象
points.element(0).move(5, 0); //对象.move()
points.element(1).move(15, 20);

智能指针(C++11)

- unique_ptr ：不允许多个指针共享资源,指针地址不能被复制,但可以用标准库中的move函数转移到其他指针中,转移后原指针被清空.
- shared_ptr ：多个指针共享资源
- weak_ptr ：可复制shared_ptr，但其构造或者释放对资源不产生影响
- 仅作了解;