C++指针及其应用

古城微笑少年丶 2023-01-21 13:27 67阅读 0赞

引：指针是 C++语言中广泛使用的一种数据类型，运用指针编程是 C++语言最主要风格之  
一。利用指针变量可以表示各种数据结构，能很方便地使用数组和字符串，并能像汇编语言  
一样处理内存地址，从而编出精炼而高效的程序，指针极大地丰富了 C++语言的功能。学习  
指针是学习 C++语言最重要的一环，能否正确理解和使用指针是我们是否掌握 C++语言的一  
个标志。同时，指针也是 C++语言中最为困难的一部分，在学习中除了要正确理解基本概念，  
还必须要多编程、多上机调试，只要做到这些，指针也是不难掌握的。

第一节 指针变量  
一、指针变量的定义、赋值  
在使用指针之前要先定义指针，对指针变量的类型说明，一般形式为：  
类型说明符 \*变量名；  
其中，*表示这是一个指针变量，变量名即为定义的指针变量名，类型说明符表示该指  
针变量所指向的变量的数据类型。先通过例子看看指针与普通的变量有什么不同。  
1、普通变量定义  
int a=3;  
定义了变量 a，是 int 型的，值为 3。内存中有一块内存空间是放 a 的值，对 a 的存取  
操作就是直接到这个内存空间存取。内存空间的位置叫地址，存放 3 的地址可以用取地址操  
作符“&”对 a 运算得到：&a。  
2、指针变量定义  
int p=NULL;  
定义了一个指针变量 p，p 指向一个内存空间，里面存放的是一个内存地址。现在赋值  
为 NULL（其实就是 0，表示特殊的空地址）。  
3、给指针变量 p 赋值  
P=&a;  
即把 a 变量的内存空间地址（比如：XXX）给  
了 p。显然，直接对 p 存取，操作的是地址。通过  
这个地址间接地操作，才是整数 3。P 的间接操作  
要使用指针操作符“”，即*p 的值才是 3。设有  
指向整型变量的指针变量 p，如要把整型变量 a 的  
地址赋予 p 可以有以下两种方式：  
①指针变量初始化的方法

int a; int *p=&a;

②赋值语句的方法

int a; int *p; p=&a;

不允许把一个数赋予指针变量，故如下的赋值是错误的：`int *p`；p=1000；。被赋值的  
指针变量前不能再加“`*`”说明符，故如下的赋值也是错误的：`*p=&a；`。  
指针的几个相关操作说明表  
说 明 样 例  
指针定义：  
类型说明符 \*指针变量名；  
int a=10;  
int \*p;  
取地址运算符：  
& p=&a;  
间接运算符：

* *p=20;

指针变量直接存取的是内存地址 cout<<p;  
结果可能是：0x4097ce  
间接存取的才是储存类型的值 `cout<<*p;`  
结果是：20  
指针变量同普通变量一样，使用之前不仅要定义说明，而且必须被赋值具体的值，未经  
赋值的指针变量不能使用。如定义了 `int a; int *p=&a;`，则`*p` 表示 p 指向的整型变量，而  
p 中存放的是变量 a 占用单元的起始地址，所以\*p 实际上访问了变量 a，也就是说`*p` 与 a  
等价。下面举一个简单的指针使用的例子：  
【例 1】 输入两个不同的数，通过指针对两个数进行相加和相乘，并输出。

#include<cstdio> 
    #include<iostream> 
    using namespace std; 
    int main() 
    {  
     int a,b,s,t,*pa,*pb; 
     pa=&a;pb=&b; 
     a=10;b=20; 
     s=*pa+*pb; 
     t=*pa**pb; 
     printf("a=%d,b=%d\n",*pa,*pb); 
     printf("s=%d,t=%d\n",s,t); 
     return 0; 
    }

输出：  
a=10,b=20  
s=30,t=200  
二、指针的引用与运算  
一般的，我们可以这样看指针(int \*p)与普通变量(int a)的对应关系：

p ---- &a 
    *p ---- a 
    *p=3 ---- a=3

下面介绍指针的一些运算。  
1、指针变量的初始化  
指针的几个初始化操作说明表

方 法 说 明 
    1 int *p=NULL; NULL 是特殊的地址 0，叫零指针 
    2 int a; 
    int *p=&a; p 初始化为 a 的地址 
    3 int *p=new(int); 申请一个空间给 p，*p 内容不确定

要强调的是，对于定义的局部指针变量，其内容（地址）是随机的，直接对它操作可  
能会破坏程序或系统内存的值，引发不可预测的错误。所有编程中指针变量要保证先初始化  
或赋值，给予正确的地址再使用。  
2、指针变量的+、-运算  
指针变量的内容是内存地址，它有两个常用的运算：加、减，这两个运算一般都是配合  
数组操作的。  
【例 2】输入 N 个整数，使用指针变量访问输出。

#include<cstdio> 
    using namespace std; 
    int a[101],n; 
    int main() 
    {  
     scanf("%d",&n); 
     for (int i=1; i<=n; i++) 
     scanf("%d",&a[i]); 
     int p=&a[1]; //定义指针变量 int p，初始化为数组开始元素的地址，即 a[1]; 
     for (int i=1; i<=n; i++) 
     {  
     printf("%d ",*p); 
     p++; //p 指向下一个数，详见说明 
     } 
     return 0; 
    }

输入：4  
2 1 6 0  
输出：2 1 6 0  
【说明】  
“p++”的意思是“广义的加 1”，不是 p 的值（地址）加 1，而是根据类型 int 增加  
sizeof（int），即刚好“跳过”一个整数的空间，达到下一个整数。  
类似的：  
①、“p–”就是向前“跳过”一个整数的空间，达到前一个整数。  
②、（p+3）就是指向后面第 3 个整数的地址。  
3、无类型指针  
有时候，一个指针根据不同的情况，指向的内容是不同类型的值，我们可以先不明确定  
义它的类型，只是定义一个无类型的指针，以后根据需要再用强制类型转换的方法明确它的  
类型。  
【例 3】无类型指针运用举例。

#include<iostream> 
    using namespace std; 
    int a=10; 
    double b=3.5; 
    void *p; 
    int main() 
    {  
     p=&a; //p 的地址赋值 
     cout<<*(int*)p<<endl; //必须明确 p 指向的空间的数据类型，详见说明 
     p=&b; 
     cout<<*(double*)p<<endl; 
    return 0; 
    }

输出：10  
3.5  
【说明】  
必须明确 p 指向的空间的数据类型，类型不一样的不仅空间大小不相同，储存的格式也  
不同。如果把 `cout<<*(double*)p<<endl;改成 cout<<*(long long*)p<<endl;`输出的结果将  
是：4615063718147915776。  
4、多重指针  
既然指针是指向其他类型的，指针本身也是一种类型。  
C++允许递归地指针指向指针的指针——多重指针。  
【例 4】双重指针运用举例。

#include<cstdio> 
    using namespace std; 
    int a=10; 
    int *p; 
    int **pp; //定义双重指针 
    int main() 
    {  
     p=&a; //将 p 指向 a 
     pp=&p; //将 pp 指向 p 
     printf("%d=%d=%d\n",a,*p,**pp); //**pp 通过 2 次间接访问了 a 的变量的值 10 
    return 0; 
    }

输出：  
10=10=10  
【说明】  
多重指针除了可以多次“间接”访问数据，OI 上主要的应用是动态的多维数组，这个  
强大的功能将在后面专门介绍。