C++ 编程基础（3）数据类型 | 3.1、指针

前言：

在C++编程中，指针是一种非常重要的概念。它们允许程序直接访问内存地址，从而提供对数据的高效操作和灵活控制。本文将详细介绍C++中的指针定义、使用、操作以及一些注意事项。

一、指针

1、定义

指针是一个变量，其存储的是另一个变量的内存地址，而不是数据值本身。在 C++ 中，每个变量都有一个内存地址，而指针就是用来存储这些地址的变量。指针的声明通常通过在变量类型前加上星号（*）来完成。

int a = 10;       // 定义一个整型变量 a，并赋值为 10  
int *ptr = &a;    // 定义一个整型指针 ptr，并将 a 的地址赋给 ptr

2、解引用

解引用是指通过指针访问它所指向的变量的值。解引用使用星号（*）运算符。例如：

int value = *ptr; // 通过指针 ptr 解引用，获取它所指向的变量 a 的值，并赋值给 value

3、指针的运算

指针可以进行一些基本的算术运算，如加减整数，以及比较运算。这些运算都是基于指针所指向的内存地址进行的。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  
int* p = &arr[0];  // p 指向数组的第一个元素  // 指针加法  
int* q = p + 2;    // q 指向数组的第三个元素（索引为 2 的元素）  // 指针减法  
int diff = q - p;  // diff 的值为 2，因为 q 和 p 之间相隔两个元素

4、指针与数组

4.1、通过指针操作数据

在 C++ 中，数组名可以被视为指向数组第一个元素的指针。因此，数组和指针在很多情况下可以互换使用。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  
int* p = arr;  // 数组名 arr 实际上是指向数组第一个元素的指针，因此可以直接赋值给指针 p

通过指针遍历数组：

for (int i = 0; i < 5; ++i) {  std::cout << *(p + i) << std::endl; // 通过指针 p 遍历数组  
}

4.2、指针与数组名的区别

指针与数组名区别如下：

	指针	数组名
概念	是一个变量，存储的数据是地址	代表的是该数组最开始的一个元素的地址
sizeof	指针变量的大小	计算数组占用的内存大小，通过sizeof(数组名)/sizeof(数组名[0])计算数组长度
常性	可以通过指针修改指向的变量，也可以修改保存的地址	数组名是一个常量，不允许修改

4.3、数组名作为函数形参

数组名作为函数形参时，沦为一个普通的指针，如下：

#include <iostream>using namespace std;void display(int num[], int len)
{cout << "size = " << sizeof(num) << endl;;for (int index = 0; index < len; index ++) {cout << num[index];}
}int main()
{int num[5] = {1, 2, 3, 4, 5};display(num, 5);return 0;
}

输出结果：

size = 4
12345
Process returned 0 (0x0)   execution time : 0.016 s
Press any key to continue.

从输出结果可以看出来，sizeof()的结果是4，说明此时的数组名是一个普通指针。

5、指针作为函数参数

5.1、作为函数参数

通过传递指针，可以避免值传递带来的性能开销，并且可以直接修改原始数据。

void modifyValue(int* p) {*p = 20; // 修改p指向的值
}
int main() {int x = 10;modifyValue(&x); // 传递x的地址std::cout << x; // 输出20return 0;
}

5.2、常指针与指针常量

指针（*）与常量（const）谁在前先读谁，例如：

int main(){int a = 10;int b = 20;int const *p1 = &a;      // const在前，定义为常指针int * const p2 = &b;     // *在前，定义为指针常量return 0;
}

• 常指针： 指针指向的是常量，不能通过指针改变指向的变量的值，但是指针保存的地址可以改变。
• 指针常量： 指针是常量，不能改变指针保存的地址，但是可以改变指针指向的变量。

6、指针与动态内存分配

C++ 提供了 new 和 delete 运算符来进行动态内存分配和释放。与静态数组或变量不同，动态分配的内存可以在程序运行时根据需要分配和释放。例如：

int* ptr = new int;      // 动态分配一个整型变量的内存  
*ptr = 10;               // 通过指针访问并赋值  
std::cout << *ptr << std::endl; // 输出值  
delete ptr;              // 释放动态分配的内存

对于动态分配的数组，需要使用 delete[] 运算符来释放内存：

int* arr = new int[5];   // 动态分配一个包含 5 个整型元素的数组  
for (int i = 0; i < 5; ++i) {  arr[i] = i + 1;  
}  
for (int i = 0; i < 5; ++i) {  std::cout << arr[i] << " ";  
}  
std::cout << std::endl;  
delete[] arr;            // 释放动态分配的数组内存

7、注意事项

• 空指针： 未初始化的指针可能指向任意内存地址，使用前应该将其初始化为 nullptr（C++11 引入的）或 NULL（传统方式，但不建议在现代 C++ 中使用）。
• 野指针： 指针指向的内存已被释放，但指针本身仍然保留原来的地址。使用野指针会导致未定义行为。为了避免野指针，可以在释放内存后将指针设置为 nullptr。
• 指针类型转换： 不同类型的指针之间不能直接转换，除非进行显式类型转换（如使用 reinterpret_cast）。不当的指针类型转换可能导致不可预见的行为。

8、总结

指针是 C++ 编程中的一把双刃剑，它提供了对内存的直接操作能力，使得程序能够更高效地进行数据管理和访问。然而，不恰当的指针使用也可能导致严重的内存管理问题，如内存泄漏、野指针等。因此，在使用指针时，务必小心谨慎，遵循最佳实践，确保程序的稳定性和安全性。