用最简单的案例带你掌握C++中各种指针

亦凉 2024-04-28 08:06 136阅读 0赞

## 1、前言 ##

指针，作为C/C++中最神秘、功能最强大的语法，着实是难以理解 、难以掌握、难以运用。?  
但是，能灵活的使用指针，对利用C/C++开发程序将有很大的帮助，让我们一起来了解了解吧。

## 2、啥是指针？ ##

指针就是一个变量，一个存放着某个内存地址的变量，此变量需要开发者手动释放，否则会造成内存泄漏。作为程序猿，内存泄漏应该不陌生吧。

![在这里插入图片描述][796675ae8fef4f8c9d8adfc1f4f72f9c.png_pic_center]  
从上图可以看出，指针的本质就是一个变量，存放着某个变量的内存地址，  
定义一个指针：

int a = 10;
    int* point = &a;

1.  定义指针：类型 \* 变量名 = & 变量名；
2.  &为取址符（引用），获取某个变量的地址；
3.  ＊为解引用符，用于解出指针指向的内存地址。
4.   任何类型的指针在32位处理器上是4个字节，在64为处理器上为8个字节。

## 3、指针的基本操作 ##

### 3.1、常量指针 ###

常量指针本质就是指向某个常量的指针。  
指针的指向可以改变，但是指针指向的值不能改变，因为值是一个常量

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    const int sum = 10;
    const int number = 20;
    
    int main() {
        
    
        const int* p = ∑ // 定义一个指针指向一个常量
        cout << *p << endl;
        p = &number; // 改变指针的指向
        cout << *p << endl;
        // *p = 10; // 此处会报错，因为改变了常量的值。
        return 0;
    }

### 3.2、指针常量 ###

指针常量本质是指针类型的常量。  
指针的指向不可以改变，但是指针指向的值可以修改。

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main() {
        
        int a = 10, b = 20;
        int* const point = &a;
        cout << *point << endl; // 输出 10
        //point = &b; // 报错, 不能改变指针常量的指向
        *point = 30;
        cout << *point << endl; // 输出 30
        return 0;
    }

在C/C++中有几个常见的指针常量：

1.  this指针，指向当前对象，通过它可以访问当前对象的所有成员。
2.  &变量（引用变量），可以改变变量的值，但是不能改变变量的指向。
3.  数组名，数组名本质也是一个指针，指向内存的首地址，不能改变指向，但是可以改变每一个元素的值，

### 3.3、既是常量指针又是指针常量 ###

既不能改变指针的指向，也不能改变指向指向的内存变量的值。

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int main() {
        
        const int a = 10;
        const int* const point = &a;
        cout << *point << endl;
    
        // 1、指向普通的变量
        int b = 20;
        point = &b; // 报错
    
        // 2、指向其他常量
        const int c = 30;
    	point = &c;  // 报错
    
        //3、改变指针指向的内存中的值
        *point = 40; // 报错
        
        return 0;
    }

### 3.4、指针作为函数的返回值 ###

语法：返回值类型\* 函数名称（参数类型 参数值）

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int* function(int a, int b){
        
        int* sum = new int;
        *sum = a + b;
        return sum;
    }
    
    int main() {
        
        int* result = function(10, 20);
        
        cout << *result << endl; // 输出 30
        
        return 0;
    }

当函数返回的类型是指针类型的时候，返回值就必须是在堆上开辟的内存空间，绝对不能返回函数中的局部变量，如果返回了局部变量就会报异常：

> address of local variable ‘a’ returned \[-Wreturn-local-addr\]

那么为什么返回局部的指针变量不会报错？  
不是不会报错，而是需要分情况而定，如果局部指针指向的是一个局部的普通变量，那么也同样会报错，因为指针的数据还是在栈上开辟，而栈上的数据在函数 执行完毕后就会被释放。

int* function(int a, int b){
        
        int c = a + b;
        int* sum = &c;
        return sum; // 报错
    }

而如果指针指向的数据是由new关键字开辟在堆上的数据，就不会报错。

int* function(int a, int b){
        
        int* sum = new int;
        *sum = a + b;
        return sum;
    }

### 3.5、指针做函数的形参 ###

语法：返回值类型 方法名称(指针类型\* 变量名称)

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int function(int* a, int* b){
        
       int sum = (*a + *b);
       return sum;
    }
    
    int main() {
        
        int a = 10, b = 20;
        int result = function(&a, &b);
        cout << result << endl; // 输出 30
        return 0;
    }

只要是指针，然后符合语法规范，便可以变成常量指针、指针常量等。  
而在发开中，我们也推荐使用指针作为函数的形参：  
在C/C++中，我们可以使用sizeof关键字看到某个对象所占用的内存空间，当对象的属性非常多或者属性所占的内存比较多的时候，函数的形参也会复制实参的所有属性在内存中开辟相应的内存空间，那么此时就会十分的消耗内存。  
上面我们了解到：任何类型的指针变量就只占四个或者八个字节，所以我们可以使用指针作为函数的形参，以此来减少内存的开销。

#include <iostream>
    #include "headers/Person.hpp"
    #include "string"
    using namespace std;
    
    int main() {
        
        cout << sizeof(int *) << endl; // 输出 8
        cout << sizeof(Person<string,string> *) << endl; // 输出 8
    
        return 0;
    }

因为我的电脑是64位的笔记本，所以任何指针类型的变量都只占8个字节。

## 4、引用类型（&引用指针） ##

引用指针本质就是一个指针常量，在有的书上也称为别名，是一个变量的副本，  
引用的特点：

1.  引用变量就是某个变量或者对象的别名
2.  **引用变量不占用内存**
3.  引用变量必须在声明时完成赋值，完成变量与引用的绑定

#include <iostream>
    #include "headers/Person.hpp"
    #include "string"
    using namespace std;
    
    int main() {
        
    
        Person<string,string> person = Person<string ,string>("10001","abc"),
                &point = person;
        cout << sizeof(point) << endl; // 输出 64
        cout << sizeof(person) << endl; // 输出 64
    
        return 0;
    }

不是说引用不占用内存空间吗？为什么引用和变量所占用的内存空间是一样的咧？  
因为在表达式中，使用引用实际上就像使用变量本身一样，所以直接用sizeof是得不到引用本身的大小的。  
但是我们可以查看地址，看引用的地址是否和变量的地址是同一个。

int main() {
        
        Person<string,string> person = Person<string ,string>("10001","abc"),
                &point = person;
        cout << &person << "---->" << &point << endl;
        return 0;
    }

输出：

> 0xb00a9ff830---->0xb00a9ff830  
> 可以看出是同一个地址。

### 4.1、引用类型作为函数的返回值 ###

语法：返回值类型& 函数名(形参类型 形参名称)  
好处：**最大的好处是在内存中不产生返回值的副本**

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int& function(int a, int b){
        
        int sum = a + b;
        return sum;
    }
    
    int main() {
        
        cout << function(10, 20) << endl;
        return 0;
    }

此段程序报错，这里和用指针做函数的返回值是一样的错误，因为引用的本质还是指针，所以不能返回在栈上开辟的内存。  
如果把function中的sum这个局部变量变为全局变量，那么这段程序就是正确的，或者使用new 在堆上开辟内存。

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int& function(int a, int b){
        
        int* sum = new int;
        *sum = (a + b);
        return *sum;
    }
    
    int main() {
        
        cout << function(10, 20) << endl; // 输出 30
        return 0;
    }

### 4.2、引用类型作为函数的形参 ###

语法： 返回值类型 方法名(类型& 变量名)

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    int function(int& a, int& b){
        
       return a + b;
    }
    
    int main() {
        
        int a = 10, b = 20;
        cout << function(a, b) << endl;  // 输出 30
        return 0;
    }

当我们使用引用类型作为函数的形参的时候，需要注意一个点：当我们修改了引用的值的时候，其实本质变量的值也会发生改变，因为引用只是一个别名，是会修改本质变量的值的。

#include <iostream>
    #include "string"
    using namespace std;
    
    int function(int& a, int& b){
        
        int sum = a + b; 
        a = 20;
        b = 10;
       return sum;
    }
    
    int main() {
        
        int a = 10, b = 20;
        cout << function(a, b) << endl;  // 输出 30
        cout << "a=" << a << ", b=" << b;  
        //输出a=20, b=10   此时a 和 b的值发生了交换。
        //所以当别名修改了值之后，本质变量的值也会发生修改。
        return 0;
    }

## 5、总结 ##

1.  指针作为C/C++中的重点知识，还是要弄明白的好，不然大佬写的代码实在难以看懂。??
2.  指针的本质上也就是对内存的应用，但不是开辟内存，开辟内存还得使用calloc等函数，这两大点也就是这门语言令人着迷的地方，通过源码可以看到C/C++中大量的使用了指针，熟悉好这些内容这门语言也算是入了门了。
3.  指针和引用本身都是一样的，只不过是引用相当于对指针进行了一层封装，知识点也差不多，只是多多少少存在一些坑，慢慢理解就行了。
4.  以上是本人的个人观点，有不足之处还望指出???  
    ![在这里插入图片描述][51b51b933a2e4c8a9447da8775bed48d.jpeg_pic_center]

[796675ae8fef4f8c9d8adfc1f4f72f9c.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/357f385d13b743c88f56beb4ac7ac9cd.png
[51b51b933a2e4c8a9447da8775bed48d.jpeg_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/28/7e87bcd33b5a4fe58620234e28d3e842.jpeg