C++ 指针，数组与指针之间的关系以及指针运算

文章目录

C++ 指针
- C++ 中使用指针
C++ Null 指针
数组与指针
- sizeof在数组和指针的上的区别
- - &intArr 和 &intArr[0]的类型
C++ 指针的算术运算
- 递增一个指针
- 递减一个指针
- 指针的比较
引用 VS 指针
- C++ 把引用作为参数
- C++ 把引用作为返回值
指针的释放

C++ 指针

学习 C++ 的指针既简单又有趣。通过指针，可以简化一些 C++ 编程任务的执行，还有一些任务，如动态内存分配，没有指针是无法执行的。所以，想要成为一名优秀的 C++ 程序员，学习指针是很有必要的。

正如您所知道的，每一个变量都有一个内存位置，每一个内存位置都定义了可使用连字号（&）运算符访问的地址，它表示了在内存中的一个地址。请看下面的实例，它将输出定义的变量地址：

#include <iostream>using namespace std;int main ()
{int  var1;char var2[10];cout << "var1 变量的地址： ";cout << &var1 << endl;cout << "var2 变量的地址： ";cout << &var2 << endl;return 0;
}
//输出内容
// var1 变量的地址： 0xbfebd5c0
// var2 变量的地址： 0xbfebd5b6

C++ 中使用指针

使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 ***** 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。下面的实例涉及到了这些操作：

#include <iostream>using namespace std;int main ()
{int  var = 20;   // 实际变量的声明int  *ip;        // 指针变量的声明ip = &var;       // 在指针变量中存储 var 的地址cout << "Value of var variable: ";cout << var << endl;// 输出在指针变量中存储的地址cout << "Address stored in ip variable: ";cout << ip << endl;// 访问指针中地址的值cout << "Value of *ip variable: ";cout << *ip << endl;return 0;
}//输出内容// Value of var variable: 20
// Address stored in ip variable: 0xbfc601ac
// Value of *ip variable: 20

C++ Null 指针

在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。

NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。请看下面的程序：

#include <iostream>using namespace std;int main ()
{int  *ptr = NULL;cout << "ptr 的值是 " << ptr ;return 0;
}//输出内容
// ptr 的值是 0

在大多数的操作系统上，程序不允许访问地址为 0 的内存，因为该内存是操作系统保留的。然而，内存地址 0 有特别重要的意义，它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例，如果指针包含空值（零值），则假定它不指向任何东西。

如需检查一个空指针，您可以使用 if 语句，如下所示：

if(ptr)     /* 如果 ptr 非空，则完成 */
if(!ptr)    /* 如果 ptr 为空，则完成 */

因此，如果所有未使用的指针都被赋予空值，同时避免使用空指针，就可以防止误用一个未初始化的指针。很多时候，未初始化的变量存有一些垃圾值，导致程序难以调试。

数组与指针

先看如下代码

string s = "Hello world";
cout << s << endl;//测试数组前面加个指针运算符什么意思
int var[] = { 100,200,300,400 };
int* ptr = var;for (int i = 0; i < sizeof(var) / 4; i++) {cout << "var["<<i<<"]的值是  ："<< var[i]<< endl;cout << "var[" << i << "]的地址是：" << &var[i] << endl;*var = i;cout << "var[" << i << "]的*是：  " << var << endl;
}//输出内容
/*
Hello world
var[0]的值是  ：100
var[0]的地址是：0000008B8ABEF678
var[0]的*是：  0
var[1]的值是  ：200
var[1]的地址是：0000008B8ABEF67C
var[1]的*是：  1
var[2]的值是  ：300
var[2]的地址是：0000008B8ABEF680
var[2]的*是：  2
var[3]的值是  ：400
var[3]的地址是：0000008B8ABEF684
var[3]的*是：  3
*/

*c++ 中 int var[] = {1,3}; 那么 var 是什么意思？

*在C++中，`int var[] = {1,3};` 定义了一个名为 `var` 的整数数组，并初始化了两个元素。数组 `var` 的第一个元素是1，第二个元素是3。*

*`*var` 表示数组 `var` 的首元素的地址。具体来说，`var` 是一个数组名，它本质上是一个指向数组首元素的常量指针。因此，`*var` 就是解引用这个指针，即获取数组首元素的值。*

*对于上面的例子，`*var` 的值是1，即数组 `var` 的第一个元素的值。*

指针和数组是密切相关的。事实上，指针和数组在很多情况下是可以互换的。例如，一个指向数组开头的指针，可以通过使用指针的算术运算或数组索引来访问数组。请看下面的程序

#include <iostream>using namespace std;
const int MAX = 3;int main ()
{int  var[MAX] = {10, 100, 200};int  *ptr;// 指针中的数组地址ptr = var;for (int i = 0; i < MAX; i++){cout << "var[" << i << "]的内存地址为 ";cout << ptr << endl;cout << "var[" << i << "] 的值为 ";cout << *ptr << endl;// 移动到下一个位置ptr++;}return 0;
}
/*输出结果
var[0]的内存地址为 0x7fff59707adc
var[0] 的值为 10
var[1]的内存地址为 0x7fff59707ae0
var[1] 的值为 100
var[2]的内存地址为 0x7fff59707ae4
var[2] 的值为 200
*/

*C++ int var[MAX] = {10, 100, 200}; (var + 2) = 500; 什么意思

在C++中，int var[MAX] = {10, 100, 200}; 定义了一个名为 var 的整数数组，并初始化了三个元素。数组 var 的第一个元素是10，第二个元素是100，第三个元素是200。

*(var + 2) 是数组元素访问的一种方式。在这里，var 是一个指向数组首元素的指针，因此 var + 2 是指向数组第三个元素的指针。* 操作符用于解引用指针，即获取指针所指向的值。

所以，*(var + 2) = 500; 这行代码的意思是将数组 var 的第三个元素的值设置为500。

执行这行代码后，数组 var 的内容变为：

var[0] = 10; // 第一个元素  
var[1] = 100; // 第二个元素  
var[2] = 500; // 第三个元素

sizeof在数组和指针的上的区别

如下代码，sizeof是有去别的

int arr[10];
int* p = arr;//得到的是数组的长度*int的字符数（一般是4）
int len1 = sizeof(arr);
//得到的是指针的长度，一般是2或者4的hex
int len1 = sizeof(p);

但是在使用过程中arr[0]和p[0]是一样的，而且这两个是可以通用的，为什么会出现这样的情况呢，那就是因为arr的地址是整个数组的地址，而不是首元素的地址，然而p是数组首元素的地址。虽然在输出上 p 和 arr的数值都是一样的。

比如看如下代码：

 int intArr[10];int* pInt = intArr;short shortArr[10];short* pShort = shortArr;cout << "intArr的地址是" << &intArr << endl;cout << "intArr[0]的地址是" << &intArr[0] << endl;cout << "pInt 是" << pInt << endl;cout << "shortArr的地址是" << &shortArr << endl;cout << "shortArr[0]的地址是" << &shortArr[0] << endl;cout << "pShort 是" << pShort << endl;/*输出内容
intArr的地址是00000018682FFA88
intArr[0]的地址是00000018682FFA88
pInt 是00000018682FFA88
shortArr的地址是00000018682FFAE8
shortArr[0]的地址是00000018682FFAE8
pShort 是00000018682FFAE8
*/

根据上面的输出内容开起来好像指针和数组地址和数组首元素地址是一样的，因为输出的内容相同，那么接下来做个指针运算试一试

int intArr[10];
int* pInt = intArr;short shortArr[10];
short* pShort = shortArr;
cout << "intArr的地址是" << &intArr << endl;
cout << "intArr[0]的地址是" << &intArr[0] << endl;
cout << "pInt 是" << pInt << endl;
cout << "shortArr的地址是" << &shortArr << endl;
cout << "shortArr[0]的地址是" << &shortArr[0] << endl;
cout << "pShort 是" << pShort << endl;//指针运算
pInt += 1;
cout << "pInt++ 是" << pInt << endl;
cout << "intArr[1]的地址是" << &intArr[1] << endl;
cout << "intArr[0]的地址是" << &intArr[0] << endl;
auto x = &intArr;
x += 1;
cout << "&intArr[0]的类型是" << typeid(&intArr[0]).name() << endl;
cout << "&intArr的类型是" << typeid(&intArr).name() << endl;
cout << "&intArr+1的地址是" << x << endl;/*输出内容
intArr的地址是0000003F30FEF948
intArr[0]的地址是0000003F30FEF948
pInt 是0000003F30FEF948
shortArr的地址是0000003F30FEF9A8
shortArr[0]的地址是0000003F30FEF9A8
pShort 是0000003F30FEF9A8
pInt++ 是0000003F30FEF94C
intArr[1]的地址是0000003F30FEF94C
intArr[0]的地址是0000003F30FEF948
&intArr[0]的类型是int * __ptr64
&intArr的类型是int (* __ptr64)[10]
&intArr+1的地址是0000003F30FEF970
*/

&intArr 和 &intArr[0]的类型

通过上述代码发现这个的类型是有不同的，一个是(* __ptr64)[10]另外一个是 * __ptr64,这应该就是sizeof得到的长度不一样的原因了，这也说明了另外一个问题 &intArr ！= &intArr[0]

C++ 指针的算术运算

指针是一个用数值表示的地址。因此，您可以对指针执行算术运算。可以对指针进行四种算术运算：++、–、+、-。

假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针，是一个 32 位的整数，让我们对该指针执行下列的算术运算：

ptr++

在执行完上述的运算之后，ptr 将指向位置 1004，因为 ptr 每增加一次，它都将指向下一个整数位置，即当前位置往后移 4 个字节。这个运算会在不影响内存位置中实际值的情况下，移动指针到下一个内存位置。如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符，上面的运算会导致指针指向位置 1001，因为下一个字符位置是在 1001。

递增一个指针

我们喜欢在程序中使用指针代替数组，因为变量指针可以递增，而数组不能递增，因为数组是一个常量指针。下面的程序递增变量指针，以便顺序访问数组中的每一个元素：

#include <iostream>using namespace std;
const int MAX = 3;int main ()
{int  var[MAX] = {10, 100, 200};int  *ptr;// 指针中的数组地址ptr = var;for (int i = 0; i < MAX; i++){cout << "Address of var[" << i << "] = ";cout << ptr << endl;cout << "Value of var[" << i << "] = ";cout << *ptr << endl;// 移动到下一个位置ptr++;}return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Address of var[0] = 0xbfa088b0
Value of var[0] = 10
Address of var[1] = 0xbfa088b4
Value of var[1] = 100
Address of var[2] = 0xbfa088b8
Value of var[2] = 200

递减一个指针

同样地，对指针进行递减运算，即把值减去其数据类型的字节数，如下所示：

#include <iostream>using namespace std;
const int MAX = 3;int main ()
{int  var[MAX] = {10, 100, 200};int  *ptr;// 指针中最后一个元素的地址ptr = &var[MAX-1];for (int i = MAX; i > 0; i--){cout << "Address of var[" << i << "] = ";cout << ptr << endl;cout << "Value of var[" << i << "] = ";cout << *ptr << endl;// 移动到下一个位置ptr--;}return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Address of var[3] = 0xbfdb70f8
Value of var[3] = 200
Address of var[2] = 0xbfdb70f4
Value of var[2] = 100
Address of var[1] = 0xbfdb70f0
Value of var[1] = 10

指针的比较

指针可以用关系运算符进行比较，如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量，比如同一个数组中的不同元素，则可对 p1 和 p2 进行大小比较。

下面的程序修改了上面的实例，只要变量指针所指向的地址小于或等于数组的最后一个元素的地址 &var[MAX - 1]，则把变量指针进行递增：

#include <iostream>using namespace std;
const int MAX = 3;int main ()
{int  var[MAX] = {10, 100, 200};int  *ptr;// 指针中第一个元素的地址ptr = var;int i = 0;while ( ptr <= &var[MAX - 1] ){cout << "Address of var[" << i << "] = ";cout << ptr << endl;cout << "Value of var[" << i << "] = ";cout << *ptr << endl;// 指向上一个位置ptr++;i++;}return 0;
}

引用 VS 指针

引用很容易与指针混淆，它们之间有三个主要的不同：

不存在空引用。引用必须连接到一块合法的内存。
一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指向到另一个对象。指针可以在任何时候指向到另一个对象。
引用必须在创建时被初始化。指针可以在任何时间被初始化。

demo

#include <iostream>using namespace std;int main ()
{// 声明简单的变量int    i;double d;// 声明引用变量int&    r = i;double& s = d;i = 5;cout << "Value of i : " << i << endl;cout << "Value of i reference : " << r  << endl;d = 11.7;cout << "Value of d : " << d << endl;cout << "Value of d reference : " << s  << endl;return 0;
}
/*输出内容
Value of i : 5
Value of i reference : 5
Value of d : 11.7
Value of d reference : 11.7
*/

C++ 把引用作为参数

#include <iostream>
using namespace std;// 函数声明
void swap(int& x, int& y);int main ()
{// 局部变量声明int a = 100;int b = 200;cout << "交换前，a 的值：" << a << endl;cout << "交换前，b 的值：" << b << endl;/* 调用函数来交换值 */swap(a, b);cout << "交换后，a 的值：" << a << endl;cout << "交换后，b 的值：" << b << endl;return 0;
}// 函数定义
void swap(int& x, int& y)
{int temp;temp = x; /* 保存地址 x 的值 */x = y;    /* 把 y 赋值给 x */y = temp; /* 把 x 赋值给 y  */return;
}
/*输出内容
交换前，a 的值： 100
交换前，b 的值： 200
交换后，a 的值： 200
交换后，b 的值： 100
*/

C++ 把引用作为返回值

当返回一个引用时，要注意被引用的对象不能超出作用域。所以返回一个对局部变量的引用是不合法的，但是，可以返回一个对静态变量的引用。

静态引用demo

int& func() {int q;//! return q; // 在编译时发生错误static int x;return x;     // 安全，x 在函数作用域外依然是有效的
}

指针的释放

指针的释放（delete）只能释放用new声明的指针，不能释放将一个变量地址给指针的指针，

比如

int a = 123;
int* p = &a; delete p //这个是不允许的会报错

如下这个是允许的

int* p = new int();delete p;int* p1 = new int[123];
//注意这里释放指向数组的指针
delete [] p1;

对于一个指向NULL的指针使用delete是安全的。