P7 C++指针

前言

指针是一个令很多人都很痛苦的内容，然而指针其实没有大家想象中的那么复杂。

对计算机来说内存就是一切，如果非要我说出编程中最重要的一件事，我可能会说是内存。

当你编写了一段程序并启动它时，所有的程序都被载入到内存中，指令告诉计算机在你写的代码中要做什么。所有这些都被加载到内存中，CPU 就是这样访问你的程序并执行它的指令的。

当你创建一个变量，并从磁盘中读取数据时，所有的这些都存储在内存中，如果没有内存就什么也做不了。而指针对于管理和 操纵内存 非常重要。

01 指针的概念

其实，指针是一个整数，一种存储内存地址的数字，指针的值就是一串数字，而这数字其实就是一个地址，仅此而已

内存它就像一条很长的直线而不是一大块。内存就像我们现实世界中的一条街，这一条街有开始也有结束，就像一根线一样，线上就是一堆房子，没有房子是横穿街道的，假设只有这一条街道，一排的房子，我们现在把这个比喻用在电脑上，它只是一条线性的线，在这条直线上的每一所房子都有一个号码和一个空间，号码就是地址，空间是一个字节，我们显然需要一种方法来寻址所有的 byte 来定位我们这条街上所有的房子。

例如，假设某人在网上订了东西想要送货上门，他需要被送到正确的房子里，或者可能有人把东西从他们的房子里取出去，无论哪种操作，你需要能够从这些房子的内存字节中读写，指针就是这些地址，这些地址告诉我们房子在哪里，这是非常重要的，因为我们在代码中所做的几乎所有的事情都是在从内存中读写，当然你完全有可能写一个不使用指针的 C++ 程序，你完全可以这样做。然而指针是非常有用的工具，正如我刚才提到的，内存可能是你拥有的最重要的东西，是计算机可以提供的很重要的资源，它可以被用于做几乎所有的事情，能够对内存有更多的控制至关重要。

再次重申，一个指针只是一个地址，它是一个保存内存地址得到整数虚构

02 第一个指针

我们来创建一个空指针，void 的意思是无类型。

千万记住，一个指针只是一个地址，它只是一个在内存中保存地址的整数，它不需要类型，如果我们给指针一个类型，我们只是说，这个地址的数据，被假设为我们给的类型，除此之外它没有任何意义，它只是一些我们在实际的源代码可以编写的东西，使我们的生活在语法层面上更容易，为了让我们的生活更轻松。

我们当然可以使用指针类型，不过类型不会改变一个指针的实质，——指针只是一个内存地址，它是一个整数。

所以 void 指针意味看我们现在不关心我们的代码中这个类型是什么类型的，因为我们只想保存一个地址。

我把它称为 pdata，其值设置为0。0 是什么意思？我们给这个指针的内存地址是 0，这是什么意思？

0 实际上不是一个有效的内存地址，内存地址不会一直到 0，这是无效的，这意味着这个指针是无效的，无效指针是完全可以接受的状态，但我要说的是 0 不是一个有效的内存地址，我们不能从内存地址 0 中读取或写入数据，如果我们尝试这样做的话，程序会崩溃，所以 0 意味着没有。

我们也可以这样写。

这种写法实际上是一个 #define，你把鼠标悬浮在上面可以看到，是 #define NULL 0，和我们用 0 是一样的。或者我们也可以用 C++ 关键字 nullptr，这个会在 C++11 里面介绍。

好的，我们设置了我们的第一个指针，它是无类型的，它的内存地址是 0，一点用处没有，但它可能是你能写的最简单一个指针，这可以让我们做一些更有用的事情。

对上面的代码我们做一些解释。

我们创造一个整数变量，当然我们创建的每个变量都有一个内存地址，因为我们需要一个地方来存储这个变量。

如果我想知道这个变量的内存地址，我可以通过使用 & 运算符来做到这一点，如果我在一个已经存在的变量前面加上一个 & 符号，我们实际上是在问这个变量，嘿，你的内存地址是什么？

我们取这个变量的内存地址，把它赋值给指针变量 pdata。

我们现在有了变量 num的内存地址，我们把它存储在另一个变量中。

我们设置一个断点调试一下。

我们可以看变量的值，当代码执行到下面两句时，在下图左框2pdata的值为0x7fffffffdd0c，其实这是一个整形数，不过这个数字代表着存放变量num的值，所以我们查看0x7fffffffdd0c这个地址时，你会发现这个地址的值是num变量的值

    int num = 9;
    pdata = &num;

将 void 修改为 int 并运行，你会发现实际上没有改变任何变化。（自己去试一下）

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如果你的VScode还不能查看内存，请看上篇博文

03 如何访问指针保存的地址

我们再做一下修改。

假设我想使用我的数据，我有一个指针指向那个数据，现在我想要写入或读取数据，我该如何操作呢？换句话说，我们知道数据在哪里，但是我怎么能访问它呢，这就要靠逆向引用了(指针的 * 运算符通常被称为 dereference 运算符）。

我们有变量 num，指针 pdata指向 num，但是我怎么才能回到这个 num呢？你可以通过在指针前面插入一个星号来实现这一点，换句话说，我实际上是在逆向引用那个指针，这意味着我现在可以访问我可以读取或写入数据的数据。我们试着这样做一下。

04 表达式必须是指向完整对象类型的指针C/C++(8

因为我们说过这个指针是一个空指针，也就是说，计算机怎么可能将这个值写入到一个 void 指针，它不知道那是什么，这个 10 是 short 类型吗？——两个字节的整数，是 int 类型吗？——四个字节的整数，是 long long 类型吗？—— 8 个字节的整数，它不知道这需要多少字节的数据，我们刚刚说它是 10，但是 10 可以代表任何东西，这个时候就需要类型了，我们需要告诉编译器，这是一个整数，所以是 4 个字节，我们修改一下。

当然，是我们告诉编译器，这是一个整数，编译器自己并不知道这是不是正确的，如果我们犯了错，比如我们说这实际是一个 double，那程序的运行可能就有点麻烦了。

好吧，通过写代码的时候，逆向引用 *指针，我可以访问这个数据，这个例子中，我写入这个数据。

简单地说，我们不知道指针有多大，我们不知道指针指向的数据多大，因为指针并不包含数据，一个指针就是一个整数，它是一个内存地址，就是这样。

05 不能将 "int " 类型的值分配到 "short " 类型的实体

当我将指针pdata的类型改为short *时，编译器会报错，因为不能将 "int *" 类型的值分配到 "short *" 类型的实体，如果我不想改变指针的类型的话，有没有办法可以解决这个问题，答案是可以的，将num的类型直接强转就行

这样就可以解决

06 new & delete

到目前为止，我们一直在栈上直接创建数据，如果我们像上面的例子一样操作，那就是在栈中创建变量（之后我们会讲到栈和堆的内容）。

如果我想在堆上创建一个变量，或许我可以问我们的电脑，嘿，我想让你给我分配一些内存，我想有一定的尺寸（比如 8 个字节），我会这样做。

#include <iostream>
#include <string.h>
int main()
{
    int *pdata = NULL;
    int num = 9;
    pdata =&num;
    *pdata = 10;
    char  *buf= new  char[8];
    memset(buf, 1, 8);
    return 0;
}

上面的代码给我们分配了 8 个字节的内存，并返回一个指向那块内存开始位置的指针，然后我可以使用 memset 的函数，它可以用我们指定的数据填充一段内存块。

memset 接收一个指针，这个指针将会是内存块的开始的指针，然后是将要填入的值，比如 0，最后是应该填入多少字节，我们要 8 个字节。

运行这个程序。在内存视窗可以看到 buffer 位置的连续 8 个字节都为1 。

这个例子中，我们使用了新的关键字 new 申请了堆内存，当我们完成它后，我们也应该删除数据。

我们可以通过键入 delete 完成删除，我们知道它是一个数组，我们使用数组来分配堆内存，所以我们应该使用 delete[ ] 来删除 buf。

这个例子再次强调了，这个指针，我们分配 8 个 char，1 个 char 是一个字节，这样我们就分配了 8 个字节，我们用来存储数据的指针指向了数据的开头。

07 指针的指针

还有一点我想说的是指针本身是变量，这些变量也存储在内存中，这意味着我们可以得到双指针或三指针，意思可以有指向指针的的指针。这一切可以如何运作呢，好吧，你只要往下一层想，我现在有一个指针指向我的指针，于是我有了一个变量 a 来存储内存地址，它指向另一个变量 b，变量存储变量 c 的内存地址。就这么简单。

在 buffer 的例子中，我们可以创建一个双指针试一下。

#include <iostream>
#include <string.h>
int main()
{
    int *pdata = NULL;
    int num = 9;
    pdata =&num;
    int **pdata1 = &pdata;
    return 0;
}