C++语法基础（七）——可恶的指针
发布时间：2024-01-13 19:30
根据学习菜鸟教程笔记：C++ 数据类型 | 菜鸟教程
指针的含义：
每一个变量都有一个内存位置，每一个内存位置都定义了可使用连字号（&）运算符访问的地址，它表示了在内存中的一个地址。
指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，即，内存位置的直接地址。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明。指针变量声明的一般形式为：
type *var-name;在这里，type 是指针的基类型，它必须是一个有效的 C++ 数据类型，var-name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是，在这个语句中，星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明：
int *ip; /* 一个整型的指针 */
double *dp; /* 一个 double 型的指针 */
float *fp; /* 一个浮点型的指针 */
char *ch; /* 一个字符型的指针 */所有指针的值的实际数据类型，不管是整型、浮点型、字符型，还是其他的数据类型，都是一样的，都是一个代表内存地址的长的十六进制数。不同数据类型的指针之间唯一的不同是，指针所指向的变量或常量的数据类型不同。
使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 * 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。下面的实例涉及到了这些操作：
#include
using namespace std;
int main ()
{
int var = 20; // 实际变量的声明
int *ip; // 指针变量的声明
ip = &var; // 在指针变量中存储 var 的地址
cout << "Value of var variable: ";
cout << var << endl;
// 输出在指针变量中存储的地址
cout << "Address stored in ip variable: ";
cout << ip << endl;
// 访问指针中地址的值
cout << "Value of *ip variable: ";
cout << *ip << endl;
return 0;
} 
Null 指针 ：
在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。
NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。请看下面的程序：
指针的算术运算：
指针是一个用数值表示的地址。因此，您可以对指针执行算术运算。可以对指针进行四种算术运算：++、--、+、-。
假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针，是一个 32 位的整数，让我们对该指针执行下列的算术运算：
ptr++在执行完上述的运算之后，ptr 将指向位置 1004，因为 ptr 每增加一次，它都将指向下一个整数位置，即当前位置往后移 4 个字节。这个运算会在不影响内存位置中实际值的情况下，移动指针到下一个内存位置。如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符，上面的运算会导致指针指向位置 1001，因为下一个字符位置是在 1001。
递增一个指针
我们喜欢在程序中使用指针代替数组，因为变量指针可以递增，而数组不能递增，因为数组是一个常量指针。下面的程序递增变量指针，以便顺序访问数组中的每一个元素：
#include
using namespace std;
const int MAX = 3;
int main ()
{
int var[MAX] = {10, 100, 200};
int *ptr;
// 指针中的数组地址
ptr = var;
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
cout << "Address of var[" << i << "] = ";
cout << ptr << endl;
cout << "Value of var[" << i << "] = ";
cout << *ptr << endl;
// 移动到下一个位置
ptr++;
}
return 0;
} 
递减一个指针
同样地，对指针进行递减运算，即把值减去其数据类型的字节数
#include
using namespace std;
const int MAX = 3;
int main ()
{
int var[MAX] = {10, 100, 200};
int *ptr;
// 指针中最后一个元素的地址
ptr = &var[MAX-1];
for (int i = MAX; i > 0; i--)
{
cout << "Address of var[" << i << "] = ";
cout << ptr << endl;
cout << "Value of var[" << i << "] = ";
cout << *ptr << endl;
// 移动到下一个位置
ptr--;
}
return 0;
} 
指针的比较：
指针可以用关系运算符进行比较，如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量，比如同一个数组中的不同元素，则可对 p1 和 p2 进行大小比较。
下面的程序修改了上面的实例，只要变量指针所指向的地址小于或等于数组的最后一个元素的地址 &var[MAX - 1]，则把变量指针进行递增：
#include
using namespace std;
const int MAX = 3;
int main ()
{
int var[MAX] = {10, 100, 200};
int *ptr;
// 指针中第一个元素的地址
ptr = var;
int i = 0;
while ( ptr <= &var[MAX - 1] )
{
cout << "Address of var[" << i << "] = ";
cout << ptr << endl;
cout << "Value of var[" << i << "] = ";
cout << *ptr << endl;
// 指向上一个位置
ptr++;
i++;
}
return 0;
} 
指针 vs 数组：
指针和数组是密切相关的。事实上，指针和数组在很多情况下是可以互换的。例如，一个指向数组开头的指针，可以通过使用指针的算术运算或数组索引来访问数组。请看下面的程序：
#include
using namespace std;
const int MAX = 3;
int main ()
{
int var[MAX] = {10, 100, 200};
int *ptr;
// 指针中的数组地址
ptr = var;
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
cout << "var[" << i << "]的内存地址为 ";
cout << ptr << endl;
cout << "var[" << i << "] 的值为 ";
cout << *ptr << endl;
// 移动到下一个位置
ptr++;
}
return 0;
} 
然而，指针和数组并不是完全互换的。例如，请看下面的程序：
#include
using namespace std;
const int MAX = 3;
int main ()
{
int var[MAX] = {10, 100, 200};
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
*var = i; // 这是正确的语法
var++; // 这是不正确的
}
return 0;
} 
指针数组：
先让我们来看一个实例，它用到了一个由 3 个整数组成的数组：
#include
using namespace std;
const int MAX = 3;
int main ()
{
int var[MAX] = {10, 100, 200};
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
cout << "Value of var[" << i << "] = ";
cout << var[i] << endl;
}
return 0;
} 
在这里，把 ptr 声明为一个数组，由 MAX 个整数指针组成。因此，ptr 中的每个元素，都是一个指向 int 值的指针。下面的实例用到了三个整数，它们将存储在一个指针数组中，如下所示：
#include
using namespace std;
const int MAX = 3;
int main ()
{
int var[MAX] = {10, 100, 200};
int *ptr[MAX];
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
ptr[i] = &var[i]; // 赋值为整数的地址
}
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
cout << "Value of var[" << i << "] = ";
cout << *ptr[i] << endl;
}
return 0;
} 
您也可以用一个指向字符的指针数组来存储一个字符串列表，如下：
#include
using namespace std;
const int MAX = 4;
int main ()
{
const char *names[MAX] = {
"Zara Ali",
"Hina Ali",
"Nuha Ali",
"Sara Ali",
};
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
cout << "Value of names[" << i << "] = ";
cout << names[i] << endl;
}
return 0;
} 
指向指针的指针（多级间接寻址）：
指向指针的指针是一种多级间接寻址的形式，或者说是一个指针链。
指针的指针就是将指针的地址存放在另一个指针里面。
通常，一个指针包含一个变量的地址。当我们定义一个指向指针的指针时，第一个指针包含了第二个指针的地址，第二个指针指向包含实际值的位置。
一个指向指针的指针变量必须如下声明，即在变量名前放置两个星号。例如，下面声明了一个指向 int 类型指针的指针：
int **var;当一个目标值被一个指针间接指向到另一个指针时，访问这个值需要使用两个星号运算符，如下面实例所示：
#include
using namespace std;
int main ()
{
int var;
int *ptr;
int **pptr;
var = 3000;
// 获取 var 的地址
ptr = &var;
// 使用运算符 & 获取 ptr 的地址
pptr = &ptr;
// 使用 pptr 获取值
cout << "var 值为 :" << var << endl;
cout << "*ptr 值为:" << *ptr << endl;
cout << "**pptr 值为:" << **pptr << endl;
return 0;
} 
传递指针给函数：
C++ 允许您传递指针给函数，只需要简单地声明函数参数为指针类型即可。
下面的实例中，我们传递一个无符号的 long 型指针给函数，并在函数内改变这个值：
#include
#include
using namespace std;
// 在写函数时应习惯性的先声明函数，然后在定义函数
void getSeconds(unsigned long *par);
int main ()
{
unsigned long sec;
getSeconds( &sec );
// 输出实际值
cout << "Number of seconds :" << sec << endl;
return 0;
}
void getSeconds(unsigned long *par)
{
// 获取当前的秒数
*par = time( NULL );
return;
} 
能接受指针作为参数的函数，也能接受数组作为参数，如下所示：
#include
using namespace std;
// 函数声明
double getAverage(int *arr, int size);
int main ()
{
// 带有 5 个元素的整型数组
int balance[5] = {1000, 2, 3, 17, 50};
double avg;
// 传递一个指向数组的指针作为参数
avg = getAverage( balance, 5 ) ;
// 输出返回值
cout << "Average value is: " << avg << endl;
return 0;
}
double getAverage(int *arr, int size)
{
int i, sum = 0;
double avg;
for (i = 0; i < size; ++i)
{
sum += arr[i];
}
avg = double(sum) / size;
return avg;
} 
从函数返回指针：
另外，C++ 不支持在函数外返回局部变量的地址，除非定义局部变量为 static变量。
现在，让我们来看下面的函数，它会生成 10 个随机数，并使用表示指针的数组名（即第一个数组元素的地址）来返回它们，具体如下：
#include
#include
#include
using namespace std;
// 要生成和返回随机数的函数
int * getRandom( )
{
static int r[10];
// 设置种子
srand( (unsigned)time( NULL ) );
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
r[i] = rand();
cout << r[i] << endl;
}
return r;
}
// 要调用上面定义函数的主函数
int main ()
{
// 一个指向整数的指针
int *p;
p = getRandom();
for ( int i = 0; i < 10; i++ )
{
cout << "*(p + " << i << ") : ";
cout << *(p + i) << endl;
}
return 0;
} 