关于指针

2004年7月31日星期六 第二次更新,增加了对象的堆内存分配,细化了指针数组和数组指针内存的说明 !

昨天给0405班辅导,当他们问我指针数组的问题的时候,由于好久没用,感觉有些陌生了,所以今天归纳总结了一下,希望以后的朋友可以少走些弯路:)
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 [m]; //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。

由于写的匆忙,可能其中有遗漏的地方,大家发现希望能指正:)
GOOD LUCK !

<think>嗯,用户之前已经询问过关于指针的基本概念,现在又进一步问“关于指针的知识点”。我需要判断他们到底需要哪些更深层次的信息。可能他们已经了解基础,现在想系统性地学习更多相关内容。 首先,回顾之前的对话,用户已经知道指针是存储内存地址的变量,以及其特点,比如直接访问内存、高效性和灵活性。现在可能需要更详细的知识点,比如指针的操作、类型、常见错误,以及在不同语言中的应用。 接下来,用户可能对指针的使用场景感兴趣,比如动态内存分配、数组和指针的关系、函数指针等。另外,他们可能想了解指针在高级语言中的替代方案,比如C#中的引用类型或托管指针,以及智能指针的概念。 需要确保覆盖指针的基础知识点,如声明、初始化、解引用、运算,然后深入指针与数组、函数、动态内存的关系。同时,可能涉及常见错误,如空指针、野指针、内存泄漏,以及如何避免这些问题。 还要考虑用户可能的实际应用场景,比如在数据结构(链表、树)中的使用,或者多级指针的应用。此外,对比不同编程语言中的指针实现,可以满足用户扩展知识的需求。 最后,检查是否需要补充指针的高级主题,如函数指针的应用场景,多级指针的使用,以及现代C++中的智能指针机制。这些内容能帮助用户全面理解指针的各个方面,避免常见错误,并有效利用指针进行高效编程。</think>好的!我将分步骤介绍指针的核心知识点,帮助你系统理解这一概念。 --- ### 一、指针基础 1. **定义** 指针是**存储变量内存地址**的特殊变量。 例如: ```c int a = 10; // 定义整型变量a int *p = &a; // p指向a的地址(&a表示取a的地址) ``` 2. **声明与初始化** - 语法:`数据类型 *指针变量名;` ```c int *p; // 声明一个整型指针 char *c_ptr; // 声明一个字符指针 ``` - **必须初始化**:未初始化的指针可能指向非法内存(野指针)。 3. **解引用(Dereference)** 通过`*`访问指针指向地址的数据: ```c printf("%d", *p); // 输出a的值(10) *p = 20; // 修改a的值为20 ``` --- ### 二、指针与内存 1. **内存地址操作** - 指针支持算术运算(仅限加减): ```c int arr[3] = {1, 2, 3}; int *ptr = arr; // ptr指向数组首地址 ptr++; // 指向下一个元素(地址+sizeof(int)) ``` 2. **动态内存分配** - `malloc`/`free`:C语言中动态分配堆内存 ```c int *ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); // 分配5个int空间 free(ptr); // 释放内存 ``` - `new`/`delete`:C++中的动态内存管理 ```cpp int *ptr = new int[5]; delete[] ptr; ``` --- ### 三、指针类型与复杂用法 1. **指针类型** - 空指针(`NULL`/`nullptr`):表示指针未指向任何地址 ```c int *p = NULL; // C语言 int *p = nullptr; // C++11后推荐 ``` - 通用指针(`void*`):可指向任意类型,但需强制类型转换后才能使用 ```c void *vp = &a; int *ip = (int*)vp; ``` 2. **指针与数组** 数组名本质是指向首元素的指针: ```c int arr[3] = {1, 2, 3}; int *p = arr; // p指向arr[0] printf("%d", p[1]); // 输出arr[1]的值(2) ``` 3. **多级指针** 指向指针指针: ```c int a = 10; int *p = &a; int **pp = &p; // pp指向指针p的地址 printf("%d", **pp); // 输出10 ``` 4. **函数指针** 指向函数的指针,用于回调机制: ```c int add(int a, int b) { return a + b; } int (*func_ptr)(int, int) = add; // 定义函数指针 printf("%d", func_ptr(2, 3)); // 输出5 ``` --- ### 四、常见错误与规避 1. **野指针(Dangling Pointer)** - 原因:指针指向已释放的内存 - 规避:释放内存后置指针为`NULL` ```c free(ptr); ptr = NULL; // 防止后续误用 ``` 2. **内存泄漏(Memory Leak)** - 原因:动态分配的内存未释放 - 规避:确保每个`malloc`对应一个`free`,或使用智能指针C++)。 3. **空指针解引用** - 原因:对未初始化的指针(`NULL`)进行解引用 - 规避:使用前检查指针有效性 ```c if (ptr != NULL) { *ptr = 10; } ``` --- ### 五、指针在不同语言中的替代方案 1. **C#** - 使用`引用类型`(类、数组)隐式管理指针 - 显式指针需在`unsafe`代码块中声明 ```csharp unsafe { int a = 10; int* p = &a; } ``` 2. **Java/Python** - 无显式指针,通过对象引用间接管理内存(JVM/Python解释器自动回收垃圾)。 3. **现代C++** - 智能指针(`unique_ptr`, `shared_ptr`)自动管理内存生命周期。 --- ### 六、应用场景 1. **数据结构**:链表、树、图的实现 2. **函数参数传递**:避免大对象复制(如传递结构体指针) 3. **硬件操作**:直接读写特定内存地址(嵌入式开发) --- 如果对某个知识点有疑问,可以具体提问!
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