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C++中的指针

2024-06-07 13

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简介： C++中的指针

指针允许直接操作内存地址，从而实现对数据的灵活控制。

指针的概念

指针是一个变量，其存储的是另一个变量的内存地址。在C++中，每个变量在内存中都有一个唯一的地址，指针变量可以存储这个地址。声明指针时，需要指定指针所指向的数据类型，例如，int* p;声明了一个指向整型数据的指针变量p。

指针运算

解引用（Dereferencing）：使用*操作符获取指针所指向的变量的值。例如，如果p指向一个整数，那么*p就是该整数的值。
指针加减（Pointer Arithmetic）：可以对指针进行加减运算，通常用于遍历数组。例如，p++使指针向后移动到下一个元素（假设是数组的话）。
比较：指针之间可以进行关系运算，如 <, >, <=, >=, ==, !=，用于比较它们所指向的地址。

指针与数组

在C++中，数组名实际上就是一个指向数组首元素的常量指针。这意味着你可以用指针对数组进行操作，比如遍历数组：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* ptr = arr; // ptr现在指向数组arr的首元素
for(int i = 0; i < 5; ++i) {
    std::cout << *(ptr + i) << std::endl; // 通过指针访问数组元素
}

堆内存分配

C++提供了两种内存分配方式：栈（stack）和堆（heap）。栈内存由编译器自动管理，而堆内存需要手动管理。

栈内存分配：局部变量通常存储在栈上，生命周期与定义它的函数或代码块相同。
堆内存分配：使用new操作符在堆上动态分配内存。当不再需要时，应使用delete释放内存。

例如，动态分配一个整型数组：

int* heapArr = new int[5]; // 在堆上分配一个大小为5的整型数组
heapArr[0] = 1;
// ... 对其他元素赋值
delete[] heapArr; // 使用完毕后释放内存

const指针

const指针用来表示指针所指向的数据是不可更改的。有两种主要的用法：

指向const的指针：指针指向的值不能被改变，但指针本身可以指向另一个值。声明形式如const int* ptr，意味着ptr指向的整数是常量。

const int num = 5;
const int* pConst = &num; // pConst指向一个常量整数
// *pConst = 10; // 错误：不能通过pConst修改num的值

const指针：指针一旦初始化后，就不能再指向其他地址，但指向的数据可以修改。声明形式如int* const ptr。

int num = 5;
int* const pConstAddr = &num; 
*pConstAddr = 10; // 正确：可以通过指针修改num的值
// pConstAddr = &anotherNum; // 错误：不能改变pConstAddr的地址

指针与函数

函数指针：指向函数的指针，可以用来存储函数的地址，进而通过指针调用函数。

void greet() { std::cout << "Hello!" << std::endl; }
void (*funcPtr)() = &greet; // 定义一个函数指针并初始化
funcPtr(); // 通过函数指针调用greet函数

指针函数：返回值为指针的函数。

int* returnIntPtr() {
    static int value = 10;
    return &value;
}
int main() {
    int* ptr = returnIntPtr();
    std::cout << *ptr << std::endl; // 输出10
}

字符指针

字符指针通常用来指向字符串或者单个字符，可以用来操作字符串。

char str[] = "Hello";
char* cPtr = str; // cPtr指向字符串"Hello"
std::cout << cPtr << std::endl; // 输出"Hello"

指针数组

指针数组是一组指向特定类型数据的指针。

int num1 = 1, num2 = 2, num3 = 3;
int* ptrArray[3] = {&num1, &num2, &num3}; // 指针数组，每个元素指向一个整数
std::cout << *ptrArray[0] << std::endl; // 输出1

命令行参数

在C++中，main函数可以接受两个参数，第一个是命令行参数的数量，第二个是一个指向这些参数的指针数组（字符指针数组），这些参数以NULL结束。

#include <iostream>
int main(int argc, char* argv[]) {
    for(int i = 0; i < argc; ++i) {
        std::cout << "Argument " << i << ": " << argv[i] << std::endl;
    }
    return 0;
}

函数指针数组

可以创建一个数组，其中每个元素都是指向函数的指针，这样就可以通过索引来调用不同的函数。

void func1() { std::cout << "Function 1 called" << std::endl; }
void func2() { std::cout << "Function 2 called" << std::endl; }
typedef void (*FuncPtr)(); // 函数指针类型别名
FuncPtr funcPtrArray[] = {func1, func2};
int main() {
    funcPtrArray[0](); // 调用func1
    funcPtrArray[1](); // 调用func2
}

C++中指针的灵活性和强大功能，但也强调了正确使用它们的重要性，以避免常见的编程错误。