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彻底了解指针数组,数组指针,以及函数指针 .

简介:
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一 :关于指针和堆的内存分配 
先来介绍一下指针 : 指针一种类型,理论上来说它包含其他变量的地址,因此有的书上也叫它:地址变量。既然指针是一个类型,是类型就有大小,在达内的服务器上或者普通的PC机上,都是4个字节大小,里边只是存储了一个变量的地址而已。不管什么类型的指针,char * ,int * ,int (*) ,string * ,float * ,都是说明了本指针所指向的地址空间是什么类型而已,了解了这个基本上所有的问题都好象都变的合理了。 

在C++中,申请和释放堆中分配的存贮空间,分别使用new和delete的两个运算符来完成: 
指针类型 指针变量名=new 指针类型 (初始化); 
delete 指针名; 
例如:1、 int *p=new int(0); 
它与下列代码序列大体等价: 
2、int tmp=0, *p=&tmp; 
区别:p所指向的变量是由库操作符new()分配的,位于内存的堆区中,并且该对象未命名。 
 
下面是关于new 操作的说明 : 部分引自<<C++面向对象开发>> 
1、new运算符返回的是一个指向所分配类型变量(对象)的指针。对所创建的变量或对象,都是通过该指针来间接操作的,而动态创建的对象本身没有名字。 
2、一般定义变量和对象时要用标识符命名,称命名对象,而动态的称无名对象(请注意与栈区中的临时对象的区别,两者完全不同:生命期不同,操作方法不同,临时变量对程序员是透明的)。 
3、堆区是不会在分配时做自动初始化的(包括清零),所以必须用初始化式(initializer)来显式初始化。new表达式的操作序列如下:从堆区分配对象,然后用括号中的值初始化该对象。 

下面是从堆中申请数组 
1、申请数组空间: 
指针变量名=new 类型名[下标表达式]; 
注意:“下标表达式”不是常量表达式,即它的值不必在编译时确定,可以在运行时确定。这就是堆的一个非常显著的特点,有的时候程序员本身都不知道要申请能够多少内存的时候,堆就变的格外有用。 
2、释放数组空间: 
delete [ ]指向该数组的指针变量名; 
注意:方括号非常重要的,如果delete语句中少了方括号,因编译器认为该指针是指向数组第一个元素的,会产生回收不彻底的问题(只回收了第一个元素所占空间),我们通常叫它“内存泄露”,加了方括号后就转化为指向数组的指针,回收整个数组。delete [ ]的方括号中不需要填数组元素数,系统自知。即使写了,编译器也忽略。<<Think in c++>>上说过以前的delete []方括号中是必须添加个数的,后来由于很容易出错,所以后来的版本就改进了这个缺陷。 
下面是个例子,VC上编译通过 
#include<iostream> 
using namespace std; 
//#include <iostream.h>  //for VC 
#include <string.h> 
void main(){ 
int n; 
char *p; 
cout<<"请输入动态数组的元素个数"<<endl; 
cin>>n; //n在运行时确定,可输入17 
p=new char[n]; //申请17个字符(可装8个汉字和一个结束符)的内存空间strcpy(pc,“堆内存的动态分配”);// 
cout<<p<<endl; 
delete []p;//释放pc所指向的n个字符的内存空间return ; } 

通过指针使堆空间,编程中的几个可能问题 

1.动态分配失败。返回一个空指针(NULL),表示发生了异常,堆资源不足,分配失败。 
data = new double

 

; //申请空间 
if ((data ) == 0)…… //或者==NULL 
2.指针删除与堆空间释放。删除一个指针p(delete p;)实际意思是删除了p所指的目标(变量或对象等),释放了它所占的堆空间,而不是删除p本身,释放堆空间后,p成了空悬指针,不能再通过p使用该空间,在重新给p赋值前,也不能再直接使用p。 
3.内存泄漏(memory leak)和重复释放。new与delete 是配对使用的, delete只能释放堆空间。如果new返回的指针值丢失,则所分配的堆空间无法回收,称内存泄漏,同一空间重复释放也是危险的,因为该空间可能已另分配,而这个时候又去释放的话,会导致一个很难查出来的运行时错误。所以必须妥善保存new返回的指针,以保证不发生内存泄漏,也必须保证不会重复释放堆内存空间。 
4.动态分配的变量或对象的生命期。无名变量的生命期并不依赖于建立它的作用域,比如在函数中建立的动态对象在函数返回后仍可使用。我们也称堆空间为自由空间(free store)就是这个原因。但必须记住释放该对象所占堆空间,并只能释放一次,在函数内建立,而在函数外释放是一件很容易失控的事,往往会出错,所以永远不要在函数体内申请空间,让调用者释放,这是一个很差的做法。你再怎么小心翼翼也可能会带来错误。 
类在堆中申请内存 : 
通过new建立的对象要调用构造函数,通过deletee删除对象要调用析构函数。 
CGoods *pc; 
pc=new CGoods; //分配堆空间,并构造一个无名对象 
//的CGoods对象; 
……. 
delete pc; //先析构,然后将内存空间返回给堆; 堆对象的生命期并不依赖于建立它的作用域,所以除非程序结束,堆对象(无名对象)的生命期不会到期,并且需要显式地用delete语句析构堆对象,上面的堆对象在执行delete语句时,C++自动调用其析构函数。 
正因为构造函数可以有参数,所以new后面类(class)类型也可以有参数。这些参数即构造函数的参数。 
但对创建数组,则无参数,并只调用缺省的构造函数。见下例类说明: 

class CGoods{ 
char Name[21]; 
int Amount; 
float Price; 
float Total_value; 
public: 
CGoods(){}; //缺省构造函数。因已有其他构造函数,系统不会再自动生成缺省构造,必须显式声明。 CGoods(char* name,int amount ,float price){ 
strcpy(Name,name); 
Amount=amount; 
Price=price; 
Total_value=price*amount;  } 
……};//类声明结束 
下面是调用机制 : 

void main(){ 
int n; 
CGoods *pc,*pc1,*pc2; 
pc=new CGoods(“hello”,10,118000); 
//调用三参数构造函数 pc1=new CGoods(); //调用缺省构造函数 cout<<”输入商品类数组元素数”<<endl; 
cin>>n; 
pc2=new CGoods[n]; 
//动态建立数组,不能初始化,调用n次缺省构造函数 
…… 
delete pc; 
delete pc1; 
delete []pc2; } 

申请堆空间之后构造函数运行; 
释放堆空间之前析构函数运行; 
再次强调:由堆区创建对象数组,只能调用缺省的构造函数,不能调用其他任何构造函数。如果没有缺省的构造函数,则不能创建对象数组。 

---------------------下面我们再来看一下指针数组和数组指针――――――――――――― 
如果你想了解指针最好理解以下的公式 : 
(1)int*ptr;//指针所指向的类型是int 

(2)char*ptr;//指针所指向的的类型是char 

(3)int**ptr;//指针所指向的的类型是int* (也就是一个int * 型指针) 

(4)int(*ptr)[3];//指针所指向的的类型是int()[3] //二维指针的声明 

(1)指针数组:一个数组里存放的都是同一个类型的指针,通常我们把他叫做指针数组。 
比如 int * a[10];它里边放了10个int * 型变量,由于它是一个数组,已经在栈区分配了10个(int * )的空间,也就是32位机上是40个byte,每个空间都可以存放一个int型变量的地址,这个时候你可以为这个数组的每一个元素初始化,在,或者单独做个循环去初始化它。 
例子: 
int * a[2]={ new int(3),new int(4) }; //在栈区里声明一个int * 数组,它的每一个元素都在堆区里申请了一个无名变量,并初始化他们为3和4,注意此种声明方式具有缺陷,VC下会报错 
例如 : 
int * a[2]={new int[3],new int[3]}; 
delete a[0]; 
delet a[10]; 
但是我不建议达内的学生这么写,可能会造成歧义,不是好的风格,并且在VC中会报错,应该写成如下 : 
int * a[2]; 
a[0]= new int[3]; 
a[1]=new int[3]; 
delete a[0]; 
delet a[10]; 
这样申请内存的风格感觉比较符合大家的习惯;由于是数组,所以就不可以delete a;编译会出警告.delete a[1]; 
注意这里 是一个数组,不能delete [] ; 
( 2 ) 数组指针 : 一个指向一维或者多维数组的指针; 
int * b=new int[10]; 指向一维数组的指针b ; 
注意,这个时候释放空间一定要delete [] ,否则会造成内存泄露, b 就成为了空悬指针. 

int (*b2)[10]=new int[10][10]; 注意,这里的b2指向了一个二维int型数组的首地址. 
注意:在这里,b2等效于二维数组名,但没有指出其边界,即最高维的元素数量,但是它的最低维数的元素数量必须要指定!就像指向字符的指针,即等效一个字符串,不要把指向字符的指针说成指向字符串的指针。这与数组的嵌套定义相一致。 
int(*b3) [30] [20]; //三级指针――>指向三维数组的指针; 
int (*b2) [20]; //二级指针; 
b3=new int [1] [20] [30]; 
b2=new int [30] [20]; 
两个数组都是由600个整数组成,前者是只有一个元素的三维数组,每个元素为30行20列的二维数组,而另一个是有30个元素的二维数组,每个元素为20个元素的一维数组。 
删除这两个动态数组可用下式: 
delete [] b3; //删除(释放)三维数组; 
delete [] b2; //删除(释放)二维数组; 
再次重申:这里的b2的类型是int (*) ,这样表示一个指向二维数组的指针。 
b3表示一个指向(指向二维数组的指针)的指针,也就是三级指针. 

( 3 ) 二级指针的指针 
看下例 : 
int (**p)[2]=new (int(*)[3])[2]; 
p[0]=new int[2][2]; 
p[1]=new int[2][2]; 
p[2]=new int[2][2]; 
delete [] p[0]; 
delete [] p[1]; 
delete [] p[2]; 
delete [] p; 
注意此地方的指针类型为int (*),碰到这种问题就把外边的[2]先去掉,然后回头先把int ** p=new int(*)[n]申请出来,然后再把外边的[2]附加上去; 
p代表了一个指向二级指针的指针,在它申请空间的时候要注意指针的类型,那就是int (*)代表二级指针,而int (**)顾名思义就是代表指向二级指针的指针了。既然是指针要在堆里申请空间,那首先要定义它的范围:(int(*)[n])[2],n 个这样的二级指针,其中的每一个二级指针的最低维是2个元素.(因为要确定一个二级指针的话,它的最低维数是必须指定的,上边已经提到)。然后我们又分别为p[0],p[1],p[2]…在堆里分配了空间,尤其要注意的是:在释放内存的时候一定要为p[0],p[1],p[2],单独delete[] ,否则又会造成内存泄露,在delete[]p 的时候一定先delete p[0]; delete p[1],然后再把给p申请的空间释放掉 delete [] p ……这样会防止内存泄露。 

(3)指针的指针; 
int ** cc=new (int*)[10]; 声明一个10个元素的数组,数组每个元素都是一个int *指针,每个元素还可以单独申请空间,因为cc的类型是int*型的指针,所以你要在堆里申请的话就要用int *来申请; 
看下边的例子 (vc & GNU编译器都已经通过); 
int ** a= new int * [2];     //申请两个int * 型的空间 
a[1]=new int[3];        //为a的第二个元素又申请了3个int 型空间,a[1]指向了此空间首地址处 
a[0]=new int[4];        ////为a的第一个元素又申请了4个int 型空间,a[0] 指向了此空间的首地址处 
int * b; 
a[0][0]=0; 
a[0][1]=1; 
b=a[0]; 
delete [] a[0]       //一定要先释放a[0],a[1]的空间,否则会造成内存泄露.; 
delete [] a[1]; 
delete [] a; 
b++; 
cout<<*b<<endl; //随机数 
注意 :因为a 是在堆里申请的无名变量数组,所以在delete 的时候要用delete [] 来释放内存,但是a的每一个元素又单独申请了空间,所以在delete [] a之前要先delete [] 掉 a[0],a[1],否则又会造成内存泄露. 
(4) 指针数组 : 
 
我们再来看看第二种 :二维指针数组 
int *(*c)[3]=new int *[3][2]; 
如果你对上边的介绍的个种指针类型很熟悉的话,你一眼就能看出来c是个二级指针,只不过指向了一个二维int * 型的数组而已,也就是二维指针数组。 
例子 : 
int *(*b)[10]=new int*[2][10];// 
b[0][0]=new int[100]; 
b[0][1]=new int[100]; 
*b[0][0]=1; 
cout <<*b[0][0]<<endl; //打印结果为1 
delete [] b[0][0]; 
delete [] b[0][1]; 
delete [] b; 
cout<<*b[0][0]<<endl; //打印随机数 
这里只为大家还是要注意内存泄露的问题,在这里就不再多说了。 
如果看了上边的文章,大家估计就会很熟悉,这个b是一个二维指针,它指向了一个指针数组 

第二种 : 
int **d[2];表示一个拥有两个元素数组,每一个元素都是int ** 型,这个指向指针的指针:) 
d不管怎样变终究也是个数组,呵呵, 
如果你读懂了上边的,那下边的声明就很简单了: 
d[0]=new int *[10]; 
d[1]=new int * [10]; 
delete [] d[0]; 
delete [] d[1]; 
具体的就不再多说了 :) 
二 : 函数指针  

关于函数指针,我想在我们可能需要写个函数,这个函数体内要调用另一个函数,可是由于项目的进度有限,我们不知道要调用什么样的函数,这个时候可能就需要一个函数指针; 

int a();这个一个函数的声明; 
ing (*b)();这是一个函数指针的声明; 
让我们来分析一下,左边圆括弧中的星号是函数指针声明的关键。另外两个元素是函数的返回类型(void)和由边圆括弧中的入口参数(本例中参数是空)。注意本例中还没有创建指针变量-只是声明了变量类型。目前可以用这个变量类型来创建类型定义名及用sizeof表达式获得函数指针的大小: 
unsigned psize = sizeof (int (*) ()); 获得函数指针的大小 
// 为函数指针声明类型定义 
typedef int (*PFUNC) (); 

PFUNC是一个函数指针,它指向的函数没有输入参数,返回int。使用这个类型定义名可以隐藏复杂的函数指针语法,就我本人强烈建议我们大内弟子使用这种方式来定义; 

下面是一个例子,一个简单函数指针的回调(在GNU编译器上通过,在VC上需要改变一个头文件就OK了) 

#include<iostream> //GNU 编译器 g++ 实现 
using namespace std; 
/* //vc 的实现 
#include "stdafx.h" 
#include <iostream.h> 
*/ 

#define DF(F) int F(){ cout<<"this is in function "<<#F<<endl;/ 
return 0; / 

//声明定义DF(F)替代 int F();函数; 
DF(a); DF(b); DF(c); DF(d); DF(e); DF(f); DF(g); DF(h); DF(i); //声明定义函数 a b c d e f g h i 

// int (*pfunc)(); //一个简单函数指针的声明 
typedef int(*FUNC)(); //一个函数指针类型的声明 

FUNC ff[] = {a,b,c,d,e,f,g,h,i}; //声明一个函数指针数组,并初始化为以上声明的a,b,c,d,e,f,g,h,i函数 

FUNC func3(FUNC vv){ //定义函数func3,传入一个函数指针,并且返回一个同样类型的函数指针 
vv(); 
return vv; 


/*FUNC func4(int (*vv)()){ //func3的另一种实现 
vv(); 
return vv; 
}*/ 

int main(){ 
for(int i=0;i<sizeof(ff)/sizeof (FUNC);i++){ //循环调用函数指针 
FUNC r=func3(ff[ i ]); 
cout<<r()<<endl; //输出返回值,只是返回了0 

return 0; 

到目前为止,我们只讨论了函数指针及回调而没有去注意ANSI C/C++的编译器规范。许多编译器有几种调用规范。如在Visual C++中,可以在函数类型前加_cdecl,_stdcall或者_pascal来表示其调用规范(默认为_cdecl)。C++ Builder也支持_fastcall调用规范。调用规范影响编译器产生的给定函数名,参数传递的顺序(从右到左或从左到右),堆栈清理责任(调用者或者被调用者)以及参数传递机制(堆栈,CPU寄存器等)。 
好了,先到此为止吧,写这篇文章耗费了基本上快半天的时间了,很多事情还没有做,等改天有时间再回来整理,所有的源程序都放在openlab3服务器上我的目录下lib/cpp下,大家可以去拿。不知道的登陆openlab3 然后cd ~chengx/lib/cpp就可以看到了。 

还有很复杂的声明可能也是一种挑战 比如<<Think in c++>>里的 
int (*(*f4())[10]();的声明,f4是一个返回指针的函数,该指针指向了含有10个函数指针的数组,这些函数返回整形值;不是这个函数有特别之处,而是Bruce Eckel 说的“从右到左的辨认规则”是一种很好的方法,值得我们去学习,感谢他:) 

最后我想应该跟大家说一下,写程序应该就象JERRY所说的:简单就是美;我们应该遵循一个原则 : KISS (Keep It Simple,Stupid ,尽量保持程序简单 出自 :《Practical C programming》),把自己的程序尽量的简单明了,这是个非常非常好的习惯



本文转自莫水千流博客园博客,原文链接:http://www.cnblogs.com/zhoug2020/archive/2012/04/02/2430095.html,如需转载请自行联系原作者

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