C++学习第十课：指针陷阱与引用传递（阶段练习题）

news2024/11/23 16:53:42

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C++学习第十课：指针陷阱与引用传递

在C++中，指针和引用是两个强大的特性，但它们也可能导致一些常见的错误。本课将深入探讨使用指针时可能遇到的问题，并介绍引用的概念和使用方式。

大纲标题与代码详解

1. 日常使用指针容易犯的错误

内存泄漏：未释放动态分配的内存。

int* ptr = new int(100);
// 忘记delete

指针无效：指针指向的内存已经被释放。

int* ptr = new int(100);
delete ptr;
// ptr变成野指针（悬挂指针），再访问*ptr是未定义行为

悬浮指针：指针被重新赋值前未置空。

int* ptr = new int(100);
int* oldPtr = ptr;
delete ptr;
ptr = nullptr; // ptr置空，oldPtr仍是悬挂指针

2. 检查 `new` 发出的分配请求是否得到满足

使用 new (std::nothrow) 避免异常，检查返回值。

int* ptr = new (std::nothrow) int(100);
if (ptr == nullptr) {
    std::cerr << "Memory allocation failed" << std::endl;
}

3. 引用是什么

引用的基本概念：引用是别名，指向一个已存在的变量。

int original = 10;
int& ref = original; // ref是original的引用
ref = 20; // 修改引用，original的值也变为20

4. 按引用向函数传递参数

避免不必要的复制：尤其是对于大型对象或数组。

void printVector(std::vector<int>& vec) {
    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

常量引用：防止函数内部修改参数值。

void printValue(const int& value) {
    std::cout << value << std::endl;
}

5. 引用与指针的区别

安全性：引用必须在定义时就被初始化，不能是空的。
语法：引用在语法上更接近变量的使用，而指针则需要显式地使用解引用操作符 *。

6. 引用在函数返回中的应用

通过引用返回多个值或返回大型对象，避免复制。

std::pair<int&, int&> getValues(int& a, int& b) {
    return std::make_pair(a, b);
}

7. 引用在类设计中的应用

使用引用成员函数来避免对象复制。

class MyClass {
public:
    void updateValue(int& value) {
        value *= 2;
    }
};

8. `const` 关键字与引用

使用 const 修饰引用，确保引用不会改变所绑定的变量的值。

void print(const int& value) {
    // value不可修改
    std::cout << value << std::endl;
}

练习题一：使用指针和动态内存管理实现简单内存池

目的：练习动态内存分配、指针操作和内存池概念。

任务：

创建一个名为 MemoryPool 的类，模拟一个简单的内存池。
类应该能够分配和释放内存。
分配内存时，应该检查是否有足够的空间，如果没有，则分配更多内存。
提供一个方法来访问分配的内存块。

示例代码框架：

#include <iostream>
#include <vector>

class MemoryPool {
private:
    std::vector<char> memory; // 使用字符向量模拟内存
    size_t blockSize; // 每个内存块的大小

public:
    MemoryPool(size_t size) : blockSize(size) {}

    // 分配内存块
    void* allocateBlock() {
        if (memory.size() < blockSize) {
            // 如果当前内存不足以分配一个块，则扩展内存
            memory.resize(memory.size() + blockSize);
        }
        // 返回当前内存的末尾指针，模拟分配
        return &memory[memory.size() - blockSize];
    }

    // 释放内存块（简单起见，这里不实现真正的释放逻辑）
    void releaseBlock(void* ptr) {
        // 检查ptr是否在memory范围内，并执行必要的释放逻辑
    }

    // 获取内存块的数据（用于测试）
    char* getData(void* ptr) {
        return static_cast<char*>(ptr);
    }
};

int main() {
    MemoryPool pool(10); // 创建一个每个块大小为10的内存池

    void* block1 = pool.allocateBlock();
    void* block2 = pool.allocateBlock();

    // 使用getData方法测试访问内存块
    *pool.getData(block1) = 'A';
    *(pool.getData(block1) + 1) = '\0';

    std::cout << "Block 1 contains: " << pool.getData(block1) << std::endl;

    pool.releaseBlock(block1);
    pool.releaseBlock(block2);

    return 0;
}

练习题二：实现一个函数，通过引用传递参数并修改原值

目的：练习引用的使用，理解引用与指针的区别。

任务：

编写一个函数 increment，它接受一个整数的引用，并将其值加一。
在 main 函数中测试 increment 函数，确保它能够修改传入的整数变量的值。

示例代码框架：

#include <iostream>

// 函数通过引用修改整数的值
void increment(int& value) {
    value += 1;
}

int main() {
    int number = 10;
    std::cout << "Before increment: " << number << std::endl;
    increment(number);
    std::cout << "After increment: " << number << std::endl;

    return 0;
}