快捷導(dǎo)航

C/C++中指針的深入理解

更新時(shí)間：2021年07月22日 09:36:53 作者：鬼才fjz

指針在 C\C++ 語(yǔ)言中是很重要的內(nèi)容,并且和指針有關(guān)的內(nèi)容一向令初學(xué)者頭大,這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于C/C++中指針的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

計(jì)算機(jī)的內(nèi)存模型

CPU是計(jì)算機(jī)的核心部件，要想讓一個(gè)CPU工作，就必須向它提供指令和數(shù)據(jù)，指令和數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存放，也就是我們平時(shí)說(shuō)的內(nèi)存。

內(nèi)存分為：物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存，物理內(nèi)存對(duì)應(yīng)著計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存條，虛擬內(nèi)存是操作系統(tǒng)內(nèi)存管理系統(tǒng)假想出來(lái)的，由于這些不是我們本文的重點(diǎn)，我們就不做區(qū)分。

在不考慮cpu緩存的情況下，計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序本質(zhì)上是對(duì)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)的操作，存儲(chǔ)器被劃分為多個(gè)存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元從零開(kāi)始順序編號(hào)，CPU要從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，首先要指定存儲(chǔ)單元的地址。

CPU從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程如圖所示：

計(jì)算機(jī)為了方便管理內(nèi)存，將內(nèi)存的每個(gè)單元用一個(gè)數(shù)字編號(hào)

指針與指針常量

指針的本意就是內(nèi)存地址，我們可以通俗的理解成內(nèi)存編號(hào)，既然計(jì)算機(jī)通過(guò)編號(hào)來(lái)操作內(nèi)存單元，這就造成了指針的高效率

指針變量：

通俗理解為存儲(chǔ)指針的變量，也就是存儲(chǔ)內(nèi)存地址(內(nèi)存編號(hào)）的變量
指針變量和int，float，char等類(lèi)型一樣同屬變量類(lèi)型，指針變量類(lèi)型占四個(gè)字節(jié)(32位機(jī)器下)，存儲(chǔ)的是32位的內(nèi)存地址
星號(hào)：
在C\C++中(*)被定義為取內(nèi)容符號(hào)
雖然所有指針變量占的內(nèi)存大小和存儲(chǔ)的內(nèi)存地址大小都是一樣的，但是由于存儲(chǔ)的只是數(shù)據(jù)的內(nèi)存首地址，所以指針變量存儲(chǔ)的內(nèi)存地址所指向的數(shù)據(jù)類(lèi)型決定著如何解析這個(gè)首地址
比如int型指針變量，我們需要從該指針變量存儲(chǔ)的首地址開(kāi)始向后一直搜索4個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間
所以當(dāng)我們使用*p，必須知道p是一個(gè)什么類(lèi)型的指針

指針變量和指針常量

指針變量首先是一個(gè)變量，由于指針變量存儲(chǔ)了某個(gè)變量的內(nèi)存首地址，我們通常認(rèn)為"指針變量指向了該變量",同時(shí)指針變量時(shí)一個(gè)變量，它的值是可以變動(dòng)的。

相反，指針常量可通俗地理解為存儲(chǔ)固定的內(nèi)存單元地址編號(hào)的量，它一旦存儲(chǔ)了某個(gè)內(nèi)存地址以后，不可再改存儲(chǔ)其他的內(nèi)存地址了

舉個(gè)例子：

void f(const int *x,int *y)
{
	*x=2;//錯(cuò)誤，由于x前面有個(gè)const修飾，所以不可以修改x所指向的內(nèi)存單元的內(nèi)容
	//正確寫(xiě)法
	*y=3;
}

指針變量和數(shù)組

先看一個(gè)例子：

	int a[5]={1,2,3,4,5};
	int *ptr=(int*)(&a+1);
	cout<<*(a+1)<<endl;
	cout<<*(ptr-1)<<endl;

輸出結(jié)果為2和5，首先我們看一下&a+1的含義：

我們知道C\C++中規(guī)定數(shù)組名表示這個(gè)數(shù)組的首地址，而這里出現(xiàn)了&a這樣的符號(hào)，本來(lái)a就是指針常量，再次取地址難道不是非法操作？
這時(shí)我們可以將這個(gè)&a看成是指向數(shù)組的指針，也稱(chēng)為行指針，&a的類(lèi)型是int (*p)[5]，一個(gè)步長(zhǎng)即5個(gè)元素的長(zhǎng)度，&a + 1代表往后移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)

分析：

a表示的是第一個(gè)元素的首地址，那么a+1指向的就是下一個(gè)元素的內(nèi)存首地址，所以*(a+1)=2
而&a則表示整個(gè)數(shù)據(jù)的首地址，那么&a+1移動(dòng)的內(nèi)存數(shù)目就是整個(gè)數(shù)組所占字節(jié)數(shù)，假如原先數(shù)組中第一個(gè)元素的首地址是0，那么&a+1表示的就是20，而這個(gè)地址已經(jīng)不屬于數(shù)組了，接著通過(guò)(int*)（&a+1)將數(shù)組指針轉(zhuǎn)換成整型指針，這樣原先&a+1表示的數(shù)據(jù)范圍20-39就縮小為20-23，正好是一個(gè)int型的大小，而ptr-1就是16了，表示的數(shù)據(jù)內(nèi)存范圍是16-19,這樣*(ptr-1)正好是最后一個(gè)元素5了

上面的例子，只是通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)說(shuō)明內(nèi)存分布，但是實(shí)際上一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型，尤其是一些自定義的類(lèi)或者結(jié)構(gòu)體類(lèi)型，內(nèi)存分布還要充分考慮到字節(jié)對(duì)齊。

函數(shù)指針

函數(shù)指針是指向函數(shù)的指針變量，C\C++程序在編譯時(shí)，每個(gè)函數(shù)都有一個(gè)入口地址，該入口地址就是函數(shù)指針?biāo)赶虻牡刂罚辛酥赶蚝瘮?shù)的指針變量后，可用該指針變量調(diào)用函數(shù)，同時(shí)也可以做函數(shù)的參數(shù)

我們先看函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)，如下：

int f(int x, int y) {
	return x + y;
}
//申明一個(gè)函數(shù)指針
typedef int (*pf)(int, int);
int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	//將函數(shù)f地址賦給函數(shù)指針pf
	pf = f;
	//利用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)
	int c = (*pf)(a, b);
	cout << c << endl;
}

需要注意的是，定義的函數(shù)指針類(lèi)型時(shí)的函數(shù)簽名（包括函數(shù)返回值和函數(shù)參數(shù)列表的類(lèi)型，個(gè)數(shù)，順序)要將賦值給該類(lèi)型變量的函數(shù)簽名保持一致，不然可能會(huì)發(fā)生很多無(wú)法預(yù)料的情況，還有C\C++規(guī)定函數(shù)名就表示函數(shù)入口地址，所以，函數(shù)名賦值時(shí)函數(shù)名前面加不加取地址符&都一樣，但是在C++中取類(lèi)的方法函數(shù)的地址時(shí)，這個(gè)&符號(hào)不能省略。

函數(shù)指針還有另外一個(gè)用處，就是作為一個(gè)函數(shù)的參數(shù)，在Windows編程中作為回調(diào)函數(shù)很常見(jiàn)：

typedef int (*PF)(int, int);
int f1(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int f2(PF pf, int t)
{
	return (*pf)(3, t);
}
int main()
{
	//將函數(shù)f1作為參數(shù)傳遞給函數(shù)f2
	int c = f2(f1, 4);
	cout << c << endl;
	return 0;
}

C++中的引用

所謂引用，使用另外一個(gè)變量名來(lái)代表某一塊內(nèi)存，這就相當(dāng)于同一個(gè)人有不同的名字，但是不管哪個(gè)名字，指的都是同一個(gè)人。

int a=1;
//通過(guò)&符號(hào)，將b定義為a的引用
int &b=a;
//b和a完全一樣，等價(jià)于int c=a
int c=b;

注意，C++規(guī)定，定義一個(gè)引用的時(shí)候，必須馬上初始化

傳值還是傳引用

如果變量類(lèi)型是基元數(shù)據(jù)類(lèi)型，比如int,float,bool,char等小數(shù)據(jù)類(lèi)型被稱(chēng)為基元數(shù)據(jù)類(lèi)型，那么賦值時(shí)傳的是值，這時(shí)候b的值是a的拷貝，那么更改b不會(huì)影響到a，但是，如果變量數(shù)據(jù)類(lèi)型是復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型，比如數(shù)組，類(lèi)對(duì)象，那么賦值時(shí)傳的就是引用，這個(gè)時(shí)候，a和b指向的都是同一個(gè)內(nèi)存區(qū)域，那么無(wú)論更改a或者b都會(huì)相互影響。

最后，在利用C++中拷貝構(gòu)造函數(shù)復(fù)制對(duì)象時(shí)需要注意，基元數(shù)據(jù)類(lèi)型可以直接復(fù)制，但是對(duì)于引用類(lèi)型數(shù)據(jù)，我們需要實(shí)現(xiàn)引用類(lèi)型的真正復(fù)制

C++中的new關(guān)鍵詞

在c++中通過(guò)new關(guān)鍵詞定義一個(gè)對(duì)象，不能直接得到對(duì)象的實(shí)例，我們需要用一個(gè)指針去接收這個(gè)new出來(lái)的對(duì)象，我們引用這個(gè)對(duì)象必須使用指針引用運(yùn)算符->

#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	Person()
	{

	}
	Person(int a, int b)
	{
		this->m_a = a;
		this->m_b = b;
	}
	int m_a;
	int m_b;
};
int main()
{
	//在C++中可以用以下形式來(lái)實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，per1和per2為實(shí)例化的person類(lèi)對(duì)象
	Person per1;
	int i = 1;
	int j = 2;
	Person per2(i, j);
}

在C++中，this關(guān)鍵詞是一個(gè)指針，而不像在java中是一個(gè)類(lèi)實(shí)例，在C++中*this才等價(jià)于java

class Person
{
public:
	Person(int number)
	{
		//C++中需要使用指針引用符號(hào)
		this->m_number = number;
	}
	//返回對(duì)象本身,,需要使用引用，因?yàn)榉祷刂禃r(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，使用引用的方式不會(huì)創(chuàng)建新的對(duì)象
	Person& getSelf()
	{
		return *this;
	}
	int m_number;
};