2.5 指针和引用

2.5 指针和引用

2.5.1 指针

指针是一种数据类型，具有指针类型的变量称为指针变量。可以将指针看作一种特殊的变量。

1. 什么是指针

指针是一种特殊的变量，具备一般变量的三个基本要素，但在类型和值上与一般变量有所不同。指针用于存放某个变量的地址值，因此，指针变量的数据值是某个变量在内存中的地址值。指针的类型是其所指向变量的类型，而不是指针本身的数据值类型。指针不仅可以指向各种类型的变量，还可以指向数组、函数、文件，甚至指向其他指针（即多级指针）。

例如：

int a = 5;
int *p = &a;

这里，定义了一个 int 型变量 a，并初始化为5。int *p = &a 定义了一个指针 p，它指向 int 型变量 a，其中 &a 表示变量 a 的地址值。

2. 如何定义指针

定义指针时需要指定其类型，即在指针名前冠以 *，表示 * 后面的变量是指针。其格式如下：

<类型> *<指针名1>, *<指针名2>, …;

例如：

int *pi;       // pi 是一个指向 int 型变量的指针
float *pf;     // pf 是一个指向 float 型变量的指针
char *pc;      // pc 是一个指向 char 型变量的指针
int **pp;      // pp 是一个指向指针的指针，即二级指针

3. 指针的赋值

任何类型的指针所赋的值都是内存地址值。地址值用变量名前加 & 表示。例如：

int a, b[10];
int *p = &a;       // p 是一个指向 a 的指针
int *q = b;        // q 是一个指向数组 b 的首元素的指针

数组的地址值用数组名表示，函数的地址值用函数名表示。例如：

double sin(double x);
double (*pf)(double) = sin; // pf 是一个指向函数 sin 的指针

4. 指针的运算

指针运算包括：

1. 赋值运算：将一个指针所指向的变量的地址值赋给它。
2. 加减运算：一个指针可以加上或减去一个整数值。
3. 指针相减：指向同一个数组的两个指针可以相减，其差值是两个指针之间的元素个数。
4. 指针比较：指向同一个数组的两个指针可以比较，当两个指针相等时，说明它们指向同一个数组元素。

2.5.2 指针和数组

在C++语言中，数组的元素可以用下标表示，也可用指针表示。使用指针表示数组元素处理起来更快，因此应尽量使用指针来引用数组元素。

1. 数组元素的指针表示

1. 一维数组的指针表示

   int a[5];
   for (int i = 0; i < 5; ++i) {
       a[i] = i + 1;
   }
   

2. 二维数组的指针表示

   int b[2][5];
   for (int i = 0; i < 2; ++i) {
       for (int j = 0; j < 5; ++j) {
           b[i][j] = i * 5 + j + 1;
       }
   }
   

3. 三维数组的指针表示

   int c[3][5][7];
   for (int i = 0; i < 3; ++i) {
       for (int j = 0; j < 5; ++j) {
           for (int k = 0; k < 7; ++k) {
               c[i][j][k] = i * 35 + j * 7 + k + 1;
           }
       }
   }
   

2.5.3 指针数组和指向数组的指针

1. 指针数组

指针数组是元素为指针的数组。例如：

int *pa[3];
int a = 1, b = 2, c = 3;
pa[0] = &a;
pa[1] = &b;
pa[2] = &c;

2. 指向数组的指针

指向数组的指针是一个二级指针。例如：

int a[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
int (*pa)[3] = a;

这里，pa 是指向二维数组 a 的指针。

2.5.4 字符指针

1. 字符指针

字符指针是指向字符串的指针。例如：

char *p = "hello";

字符指针比字符数组操作字符串更方便。

2. 字符指针数组

字符指针数组是元素为字符指针的数组。例如：

char *ps[3] = {"abc", "def", "ghi"};

2.5.5 引用

1. 引用的概念

引用是某个已知变量或对象的别名。引用自身没有值，也没有地址值，不占用内存空间。引用的值是被引用的变量或对象的值，引用的地址值是被引用的变量或对象的地址值。

2. 如何创建引用

创建引用的格式如下：

<类型> &<引用名> = <初始值>;

例如：

int a = 10;
int &ra = a;

总结

在C++中，指针和引用是非常重要的概念。指针用于存储变量的地址，而引用是变量的别名。理解和掌握指针和引用有助于编写高效和灵活的程序。在后续的章节中，我们将进一步探讨指针和引用在函数参数和返回值中的应用。