C++青少年简明教程：C++的指针入门

C++青少年简明教程：C++的指针入门

说到指针，就不可能脱离开内存。了解C++的指针对于初学者来说可能有些复杂，我们可以试着以一种简单、形象且易于理解的方式来解释：

1. 首先，我们可以将计算机内存想象成一个巨大的有许多格子的储物柜。每个柜子都有一个编号，我们可以用这个编号来记住我们在哪个柜子里存放了东西。
2. 在编程世界中，这个编号就叫做“地址”。当我们在程序中创建一个变量，例如 int i = 5;，其实就是在告诉计算机：“在你的储物柜里找一个地方，给这个地方打上i的标签，然后把5存入里面。”
3. 指针就相当于一张包含了柜子编号（地址）的便签。通过它，我们可以快速地找到我们存储的东西。也就是说，在我们创建一个指针时，例如 int *p = &i;，我们其实就是在说：“我们找一个便签，写下i的地址，然后我们在需要时就可以通过查看这个便签来直接找到i。”
4. 对于初学者来说，能理解“指针是什么”以及“怎么使用”指针，那就已经非常不错了。

指针的应用非常广泛，像是动态内存管理、数组、字符串、函数指针、数据结构等等都离不开指针。它可以让我们更加灵活地操作和管理内存，可以实现很多强大的功能。更深入的内容可以等到以后在学习的过程中逐步了解。

指针是C和C++语言中非常重要的概念，初学的时候会被指针搞蒙。想学好指针，我的经验是不要试图一开始就想理解指针概念，而是要耐心准确的了解指针的各个方面，这是一个过程，随着学习的深入，自然就知道指针是什么了。

指针是C和C++语言中非常重要的概念，初学的时候会被指针搞蒙。想学好指针，我的经验是不要试图一开始就想理解指针概念，而是要耐心准确的了解指针的各个方面，这是一个过程，随着学习的深入，自然就知道指针是什么了。

【C++指针（pointer）权威文档

Microsoft Ignite 指针 (C++) 指针 (C++) | Microsoft Learn

英文 Pointer declaration - cppreference.com  中文 指针声明 - cppreference.com ​】

在C++中，地址和指针是紧密相关的。地址是一个变量或对象在内存中的位置，而指针是一个变量，它存储了一个地址。换句话说，指针是指向一个特定类型的变量或对象的地址。

通过指针，我们可以使用间接的方式访问或修改变量或对象的值。我们可以通过将变量的地址赋给指针来创建一个指针。

在C和C++中，*前后的空格是可选的，而且编译器都会将它们解析为相同的意思。在C++中，声明指针的一般语法格式如下：

type* pointerName;

其中， type 通常是指被指向的数据类型，例如 int, float, char, 或者是结构体或类的名称。

pointerName 是你为指向变量的指针所取的名称，也称为指针变量名，可以是任何有效的标识符。注意指针的名称前缀* 是用于表示它是一个指针的。

以下这些声明是等价的：

int* ptr;

int *ptr;

int * ptr;

int*ptr;

如果在一条语句中定义几个指针变量，每个变量前必须有符号*，例如：

int *ip1, *ip2;  //ip1和ip2都是指向int型对象的指针

double dp, *dp2;  //dp2是指向double型对象的指针，dp是指向double型对象

C++中的指针变量和普通变量有很大的不同。

首先，指针变量存储的是内存地址，而普通变量存储的是实际的数据值。指针变量可以用来访问和修改存储在该内存地址中的数据，而普通变量不能。

其次，指针变量可以动态地分配内存，而普通变量的内存大小是在编译时就确定了的。这使得指针变量非常有用，因为它们允许程序在运行时动态地创建和管理内存。

最后，指针变量可以用来传递内存地址，而不是将整个数据复制到另一个变量中。这可以节省内存，并提高程序的性能。

需要注意的是，使用指针变量需要小心，因为它们可以很容易地导致内存泄漏、悬空指针和其他问题。因此，在使用指针变量时应该非常谨慎，并且尽可能使用更安全的方法来处理内存。

C++中，指针是一种特殊的变量，它存储的是另一个变量的内存地址。这使得你可以通过指针间接地访问或修改那个变量的值。

以下是一个简单的示例：

int num = 10; // 定义一个整数变量

int *ptr = # // 创建一个整数指针，指向num的地址

cout << num << endl; // 输出变量的值

cout << &num << endl; // 输出变量的地址

cout << *ptr << endl; // 输出指针所指向的变量的值

cout << ptr << endl; // 输出指针的值，即存储的地址

在上面的示例中，我们使用&运算符获取变量num的地址，并将其赋给指针ptr。我们可以通过*运算符来访问指针所指向的变量的值，如*ptr。

需要注意的是，指针的类型必须与其指向的变量或对象的类型匹配。例如，指向整数的指针必须是int*类型。这是因为在读取或修改指针指向的内容时，编译器需要知道要读取或修改的变量的类型。

定义指针变量时的 * 运算符和使用指针变量时的 * 运算符的含义和作用却是完全不同的。

在定义指针变量时，* 运算符用于表示该变量是一个指针变量，即可存储地址的变量。例如：

int* ptr; // 定义一个 int 类型的指针变量 ptr

在使用指针变量时，* 运算符用于访问指针所指向的地址上存储的数据。这个过程通常被称为解引用（Dereferencing）。例如：

int num = 42;

int* ptr = &num; // 定义一个指向 num 的指针变量 ptr

*ptr = 24; // 在访问指针所指向的地址上的数据，并将其修改为 24

在这个例子中，*ptr 用于访问指针 ptr 所指向的地址上存储的数据 num，并将其修改为 24。

指针变量是一个存储指针的变量，通过指向的地址可以定位到具体的数据。

地址是一个数值，是内存单元的编号，用于确定计算机内存中特定位置的位置。

参加下图：0x231001是指针变量p的地址，0x231007是变量i的地址。指针变量存放的是变量i的地址，也就是指针变量的值。所以p=0x231007，*p=5，&p=0x231001。注意其中地址值是示意性的。

说明：

计算机内存想象成一个巨大的有许多格子储物柜。每个格子都有一个编号——内存地址（常称为地址），我们可以用这个编号来记住我们在放了东西的位置。

定义一个变量：

int i  = 5;

这样就将i 和5关联起来了，i 相当于标签名，对i 的存取操作就是5所在的计算机内存空间存取，5在计算机内存空间的存放位置就是地址。这个地址可以通过&i 获得。【地址值的分配是由计算机系统完成的，不固定。】

定义指针变量：

int *p;

给指针变量p赋值：

p = &i

就是把变量i 的地址给了p,也常称为p指向i 。这时*p和i 等价——值一样。

上面两句可合写为一句：

int *p = &i;

注意点：

(1) 对于上面示例语句， &i和p是一样的，i和*p也是一样的。

(2) 如果*、&在类型说明符之后，则为定义指针、引用；如果出现在表达式中，则为解引用、取地址。

(3) 不允许把一个数赋给指针变量。如：

int *pA;

//pA = 10； //不可以 ，报错

int a = 10;    

 //pA = a;  //不可以，报错

(4) 除指针变量初始化赋值（如int *p = &i;），被赋值的指针变量前不能有*（如*p = &i;是错误的）。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;int main() {  int a = 10;  //星号符作为指针类型声明符  int * p = & a;  // 声明一个指向整型变量 a 的指针  // i和*p是一样的   cout << "*p = " << * p << endl;  // 输出 10。星号符作为指针解引用运算符cout << "a = " << a << endl;  // 输出 10。// &i和p是一样的cout << "p = " << p << endl;cout << "&a = " << &a << endl;     return 0;  
}

运行结果：

注意，你的运行结果 p和&a显示的地址值是随机的（地址值的分配是由计算机系统完成的，不固定），但两者值相等。

下面是一些常见的指针操作：

1.声明指针：可以使用"*"运算符来声明一个指针变量，其指向的是某个数据类型的地址。例如：

int* ptr; // 声明一个指向int类型数据的指针ptr

2.获取地址：可以使用"&"运算符获取某个变量的地址，将其赋值给指针。例如：

int num = 10;  // 定义一个整型变量num

int* ptr = &num;  // 定义一个指向num的指针ptr

3.解引用操作：使用解引用运算符"*"可以获取指针所指向的变量的值。例如：

int num = 10;

int* ptr = &num;

std::cout << "The value of the variable pointed by ptr is: " << *ptr << std::endl; // 输出：10

4.指针算术运算：指针可以进行加、减、自增、自减等算术运算。例如：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};

int* ptr = arr; // 将指针指向数组首元素

std::cout << "The first element of the array is: " << *ptr << std::endl; // 输出：1

ptr++; // 将指针指向下一个元素

std::cout << "The second element of the array is: " << *ptr << std::endl; // 输出：2

5.数组和指针：数组名本身就是一个指针，指向数组的首元素。因此，可以使用指针来操作数组（例如上面的例子），也可以使用数组名来操作数组。例如：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};

std::cout << "The first element of the array is: " << arr[0] << std::endl; // 输出：1

std::cout << "The second element of the array is: " << *(arr+1) << std::endl; // 输出：2

6.指针和字符串：指针可以用来处理字符串，因为指针可以指向字符数组的第一个元素。通过指针，我们可以访问和操作字符串中的字符。下面是一个示例，演示了如何使用指针处理字符串：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;int main() {string str = "Hello";  // 字符串使用string类型表示char *ptr = &str[0];   // 通过指针获取字符串的第一个字符// 通过指针遍历字符串并打印每个字符while (*ptr != '\0') {cout << *ptr << " ";ptr++;  // 指针移到下一个字符位置}cout << endl;int a = 10;int& ref = a;  // 引用引用变量acout << "a = " << a << endl;cout << "ref = " << ref << endl;ref = 20;  // 通过引用直接操作变量a的值cout << "a = " << a << endl;return 0;
}

7.指针和函数：

以下是一些指针和函数的常见用法：

指针作为函数参数：将指针传递给函数，允许函数修改指针指向的变量。例如，使用指针实现一个交换两个整数的函数：

void swap(int* a, int* b) {

    int temp = *a;

    *a = *b;

    *b = temp;

}

函数返回指针：函数可以返回指针，指向函数内部创建的动态对象。例如，实现一个创建整数对象并返回其指针的函数可以写为：

int* create_int(int value) {

    int* ptr = new int(value);

    return ptr;

}

下面给出几个完整示例。

例1、一个简单例子源码：

#include <iostream>
using namespace std;int main()
{int num = 10;int *ptr = &num; // 定义一个指向整型变量num的指针ptr，&num是num的地址cout << "num的值为：" << num << endl; // 输出变量num的值cout << "指针ptr所指向的变量的值为：" << *ptr << endl; // 输出指针ptr所指向的变量的值cout << "变量num的地址为：" << &num << endl; // 输出变量num的地址cout << "指针ptr所存储的地址为：" << ptr << endl; // 输出指针ptr所存储的地址return 0;
}

在这个例子中，定义了一个整型变量num，并将它的值设置为10；接着定义了一个指向num的指针ptr，并将它的值设为num的地址。使用了&运算符获取num的地址。然后通过指针ptr，输出了num的值，以及指针ptr的存储地址（ptr自己的地址）和所指向的变量的地址（即num的地址）。最后，返回0以结束程序。

运行结果：

num的值为：10
指针ptr所指向的变量的值为：10
变量num的地址为：0x23fe1c
指针ptr所存储的地址为：0x23fe1c

例2、通过指针来访问和操作数组元素：

#include <iostream>
using namespace std;int main() {int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};int* ptr = arr;  // 将指针ptr指向数组arr的第一个元素// 使用指针访问数组元素for (int i = 0; i < 5; ++i) {cout << "Element at index " << i << ": " << *(ptr + i) << endl;}return 0;
}

上面的例子中，定义了一个包含5个整数的数组arr，并初始化了其元素。然后，将指针ptr指向数组的第一个元素，也就是arr[0]。通过使用指针ptr和偏移量i，可以访问数组中的各个元素。

在循环中，使用*(ptr + i)的方式来访问数组元素。这里的ptr + i表示指针ptr加上偏移量i，得到了指向数组中第i个元素的指针，然后通过*操作符解引用指针，即可获取该元素的值。在每次迭代中，输出当前索引和对应元素的值。

输出结果是：

Element at index 0: 1
Element at index 1: 2
Element at index 2: 3
Element at index 3: 4
Element at index 4: 5

以上是一些常见的指针操作。下面的部分初学者可以了解，不需深究。

还有一些指针操作，例如，动态内存分配和释放：可以使用“new”运算符在堆上分配一块内存，并返回该内存块的首地址。例如：

int* ptr = new int; // 在堆上分配一个int类型的内存块，并将其地址赋给指针ptr

*ptr = 10; // 给该内存块赋值

std::cout << "The value of the variable pointed by ptr is: " << *ptr << std::endl; // 输出：10

使用“delete”运算符来释放在堆上分配的内存。例如：

int* ptr = new int;

// 做一些操作

delete ptr; // 释放ptr所指向的内存块

需要注意的是，指针操作容易引起内存泄漏和悬空指针等问题，下面解说之。

内存泄漏 (Memory Leak)

内存泄漏是指程序在运行过程中，动态分配了内存，但没有在不再需要时释放这些内存，导致系统内存被消耗殆尽。内存泄漏的常见原因是使用new分配内存后没有对应的delete操作。使用 new 运算符分配给指针的内存，需要使用 delete 运算符来释放该内存。这是为了防止内存泄漏，确保程序动态分配的内存能在不再需要时正确释放。以下是一个简单的例子：

int* p = new int; // 使用 new 动态分配内存

*p = 42;          // 使用这块内存

delete p;         // 使用 delete 释放内存

p = nullptr;      // 将指针设为 nullptr 避免悬空指针

当使用 new[] 运算符分配数组内存时，应该使用 delete[] 运算符来释放：

int* arr = new int[10]; // 使用 new[] 动态分配数组内存

// 使用数组...

delete[] arr;           // 使用 delete[] 释放数组内存

arr = nullptr;          // 将指针设为 nullptr 避免悬空指针

通过遵循这些规则，可以有效避免内存泄漏和悬空指针问题。建议使用C++标准库提供的智能指针（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）来自动管理内存，这样可以进一步减少手动管理内存的风险。

悬空指针 (Dangling Pointer)

悬空指针是指一个指向已释放或无效内存区域的指针。当访问悬空指针时，会导致未定义行为，可能引发程序崩溃或数据损坏。以下是几个常见的悬空指针情况：

1. 指向局部变量的指针超出作用域：

int* getPointer() {

    int x = 42;     // 局部变量

    return &x;      // 返回局部变量的地址

} // x超出作用域被销毁

void danglingPointerExample() {

    int* p = getPointer(); // p现在是一个悬空指针

    // *p 引用已被销毁的内存，未定义行为

}

2. 释放内存后未将指针设为nullptr：

void danglingPointerExample() {

    int* p = new int(10);

    delete p;       // 释放p指向的内存

    // p现在成为悬空指针

    // *p = 20;    // 访问已释放的内存，未定义行为

    p = nullptr;    // 将p设置为nullptr避免悬空指针

}

如何避免这些问题

1. 及时释放内存： 动态分配内存后，在不再使用时应及时释放。
2. 初始化指针： 使用指针前，确保其指向有效内存或nullptr。
3. 使用智能指针： 使用C++标准库中的智能指针（如std::unique_ptr和std::shared_ptr），它们可以自动管理内存，减少内存泄漏和悬空指针的风险。

智能指针（Smart Pointers）是C++11及其后续版本引入的一种用于管理动态分配内存的指针类型。智能指针通过封装原始指针，并以对象的方式管理内存，提供了自动内存管理的能力。它们可以自动地释放分配的内存，避免内存泄漏和悬空指针问题。智能指针是现代C++中推荐使用的方式之一，能够提高代码的安全性和可维护性。C++标准库提供了几种智能指针类型，其中最常用的是std::unique_ptr和std::shared_ptr。

C++标准库提供了几种智能指针类型，其中最常用的是std::unique_ptr和std::shared_ptr。若想使用时，需要包含<memory>头文件。

<memory> 是 C++ 标准库中的一个头文件，它提供了对内存管理功能的支持，包括智能指针（如 std::unique_ptr 和 std::shared_ptr）、内存分配器、对齐和未初始化内存等功能。

std::unique_ptr是一种独占式智能指针，它在任何时刻都只允许一个std::unique_ptr对象拥有对其指向的内存的控制权。这有助于防止内存泄漏。当std::unique_ptr超出作用域或者被重新赋值时，它自动释放所指向的内存。

std::shared_ptr是一种共享式智能指针，它允许多个std::shared_ptr对象共同拥有对同一内存地址的控制权。通过引用计数来管理内存，当最后一个拥有该内存的std::shared_ptr对象被销毁时，内存会被自动释放。

【提示：在 C++ 标准库中，std:: 命名空间包含了所有标准库组件。因此，当我们使用标准库中的类或函数时，必须要指定 std:: 命名空间。如果不想在每次使用标准库组件时都加上 std:: 前缀，可以通过 using 指令来引入整个命名空间或者指定的组件成员：using namespace std;只引入 std 命名空间中的某个成员如 unique_ptr 可用 using std::unique_ptr;】

示例：unique_ptr 管理动态分配的数组

#include <iostream>
#include <memory> // 引入 <memory> 头文件
using namespace std;int main() {// 创建一个 std::unique_ptr 管理 int 数组unique_ptr<int[]> arr(new int[5]);for (int i = 0; i < 5; ++i) {arr[i] = i * 10;}for (int i = 0; i < 5; ++i) {cout << "arr[" << i << "] = " << arr[i] << endl;}// 不需要显式删除数组，智能指针会在离开作用域时自动释放内存return 0;
}

在这个示例中，我们使用 new int[5] 来创建一个包含 5 个整数的动态数组，并将其赋值给 std::unique_ptr<int[]>。这样可以正确地管理数组的内存，并且当 arr 超出作用域时，内存将自动释放。

附、C++指针（pointer）介绍https://blog.csdn.net/cnds123/article/details/108981367

C++指针（这是一篇正经知识总结）https://zhuanlan.zhihu.com/p/517099946