4 C++ 复合类型：引用和指针

  复合类型是指基于其它类型定义的类型。C++ 有几种复合类型，包括引用、指针。

1 引用

  引用（reference）为对象起了另外一个名字，引用类型引用另外一种类型。通过将声明符写成&d的形式来定义引用类型，其中d是声明的变量名：

int ival = 1024;
int &refval = ival;    // refval 指向 ival（是 ival 的另一个名字）
int &refval2;          // 错误：引用必须被初始化

  一般在初始化变量时，初始值会被拷贝到新建的对象中。然而定义引用时，程序把引用和它的初始值绑定在一起，而不是将初始值拷贝给引用。一旦初始化完成，引用将和它的初始值对象一直绑定在一起。因为无法令引用重新绑定到另外一个对象，因此引用必须初始化。

  定义了一个引用之后，对其进行的所有操作都是在与之绑定的对象上进行的。为引用赋值，实际上是把值赋给了与引用绑定的对象。获取引用的值，实际上是获取了与引用绑定的对象的值。同理，以引用作为初始值，实际上是以与引用绑定的对象作为初始值。

  因为引用本身不是一个对象，所以不能定义引用的引用。

  允许在一条语句中定义多个引用，其中每个引用标识符都必须以符号&开头。除了两种例外情况，其它所有引用的类型都要和与之绑定的对象严格匹配。而且，引用只能绑定在对象上，而不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起。

int &refVal1 = 10;      // 错误：引用类型的初始值必须是一个对象
double dval = 3.14;
int &refVal2 = dval;    // 错误：此处引用类型的初始值必须是 int 型对象

2 指针

  指针是 “指向” 另外一种类型的复合类型。与引用类似，指针也实现了对其它对象的间接访问。然而指针和引用相比又有很多不同点。其一，指针本身就是一个对象，允许对指针赋值和拷贝，而且在指针的生命周期内，它可以先后指向几个不同的对象。其二，指针无须在定义时赋初值。和其它内置类型一样，在块作用域内定义的指针如果没有被初始化，也将拥有一个不确定的值。

  定义指针类型的方法是将声明符写成*d的形式，其中d是变量名。如果在一条语句中定义了几个指针变量，每个变量前面都必须有符号*：

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 double 型对象

2.1 获取对象的地址

  指针存放某个对象的地址，要想获取该地址，需要使用取地址符&：

int ival = 42;
int *p = &ival;    // p 存放变量 ival 的地址，或者说 p 是指向变量 ival 的指针

第二条语句把p定义为一个指向int型对象的指针，随后初始化p令其指向名为ival的int对象。因为引用不是对象，没有实际地址，所以不能定义指向引用的指针。

  除了两种例外情况，其它所有指针的类型都要和它所指向的对象严格匹配。

2.2 指针值

  指针的值（即地址）应属于下列 4 种状态之一：

• 指向一个对象。
• 指向紧邻对象所占空间的下一个位置。
• 空指针，意味着指针没有指向任何对象。
• 无效指针，也就是上述情况之外的其它值。

试图拷贝或以其它方式访问无效指针的值都将引发错误。编译器并不负责检查此类错误，这一点和试图使用未经初始化的变量是一样的。

2.3 利用指针访问对象

  如果指针指向了一个对象，则允许使用解引用符*来访问对象：

int ival = 42;
int *p = &ival;     // p 存放着变量 ival 的地址，或者说 p 是指向变量 ival 的指针
std::cout << *p;    // 由符号 * 得到指针 p 所指的对象，输出 42

对指针解引用会得出所指的对象，因此如果给解引用的结果赋值，实际上也就是给指针所指的对象赋值。解引用操作仅适用于那些确实指向了某个对象的有效指针。

2.4 空指针

  空指针不指向任何对象，在试图使用一个指针之前可以先检查它是否为空。以下列出了几个生成空指针的方法：

int *p1 = nullptr;    // 等价于 int *p1 = 0;
int *p2 = 0;          // 直接将 p2 初始化为字面值常量 0
int *p3 = NULL;       // 等价于 int *p3 = 0; 需要 #include <cstdlib>

nullptr是一种特殊类型的字面值，它可以被转换成任意其它的指针类型。NULL是一个预处理变量，它的值就是 0。当用到一个预处理变量时，预处理器会自动地将它替换为实际值，因此用NULL初始化指针和用 0 初始化指针是一样的。

  把int变量直接赋给指针是错误的操作，即使int变量的值恰好等于 0 也不行。

2.5 赋值和指针

  指针和引用都能提供对其它对象的间接访问，然而在具体实现细节上二者有很大不同，其中最重要的一点就是引用本身并非一个对象。一旦定义了引用，就无法令其再绑定到另外的对象，之后每次使用这个引用都是访问它最初绑定的那个对象。

  指针和它存放的地址之间就没有这种限制了。和其它变量（只要不是引用）一样，给指针赋值就是令它存放一个新的地址，从而指向一个新的对象。

2.6 其它指针操作

  只要指针拥有一个合法值，就能将它用在条件表达式中。和采用算术值作为条件遵循的规则类似，如果指针的值是 0，条件取false，任何非 0 指针对应的条件值都是true。

  对于两个类型相同的合法指针，可以用相等操作符==或不相等操作符!=来比较它们，比较的结果是布尔类型。如果两个指针存放的地址值相同，则它们相等；反之它们不相等。这里两个指针存放的地址值相同有三种可能：它们都为空、都指向同一个对象、都指向了同一个对象的下一个地址。需要注意的是，一个指针指向某对象，同时另一个指针指向另外对象的下一地址，此时也有可能出现这两个指针值相同的情况，即指针相等。

2.7 void*指针

  void*是一种特殊的指针类型，可用于存放任意对象的地址。一个void*指针存放着一个地址，这一点和其它指针类似。不同的是，我们对该地址中到底是个什么类型的对象并不了解。

  利用void*指针能做的事比较有限：拿它和别的指针比较、作为函数的输入或输出，或者赋给另外一个void*指针。不能直接操作void*指针所指的对象，因为我们并不知道这个对象到底是什么类型，也就无法确定能在这个对象上做哪些操作。

  概括来说，以void*的视角来看内存空间也就仅仅是内存空间，没办法访问内存空间中所存的对象。

3 理解复合类型的声明

3.1 指向指针的指针

  一般来说，声明符中修饰的个数并没有限制。当有多个修饰符连写在一起时，按照其逻辑关系详加解释即可。以指针为例，指针是内存中的对象，也有自己的地址，因此允许把指针的地址再存放到另一个指针当中。

  通过*的个数可以区分指针的级别。也就是说，**表示指向指针的指针，***表示指向指针的指针的指针，以此类推。对应的，解引用时也有相应的级别。

3.2 指向指针的引用

  引用本身不是一个对象，因此不能定义指向引用的指针。但指针是对象，所以存在对指针的引用。