C++初学（11）

不知不觉就第11篇了QWQ

11.1、指针和自由存储空间

之前提到了计算机程序在存储数据时必须跟踪的3个基本属性：

（1）信息存储在何处；

（2）存储的值为多少；

（3）存储的信息时什么类型。

之前我们通过定义一个简单变量，让声明语句指出了值的类型和符号名，让程序为值分配内存，还在内部跟踪该内存单元。

下面来看另一种方法：以指针为基础，指针是一个变量，其存储的是值的地址，而不是值本身。在讨论指针之前，我们只需对变量应用地址运算符（&），就可以获得它的位置。（这个学过C语言的肯定不陌生）下面给一个程序：

#include <iostream>
int main()
{
	using namespace std;
	int donuts = 6;
	double cups = 4.5;

	cout << "donuts value= " << donuts;
	cout << " and donuts address = " << &donuts << endl;

	cout << "cups value = " << cups;
	cout << " and cups address = " << &cups << endl;
	return 0;
}

显示地址时，该实现的cout使用十六进制表示法，因为这是常用于描述内存的表示法。在该实现中，donuts的存储位置比cups要低。两个地址的差为0000006FCE94F8C8-0000006FCE94F8C4=4。因为donuts的类型为int，而这种类型使用4个字节。

处理存储数据的新策略刚好相反，将地址视为指定的值，而将值视为派生量。一种特殊类型的变量——指针用于存储值的地址，因此指针名表示的是地址。*运算符被称为间接值或解除引用运算符，将其应用于指针，可以得到该地址处存储的值（这和乘法使用的符号相同；C++会根据上下文确定指的是什么）。

#include <iostream>
int main()
{
	using namespace std;
	int updates = 6;
	int* p_updates;
	p_updates = &updates;

	cout << "Values :updates= " << updates;
	cout << ", *p_updates= " << *p_updates << endl;

	cout << "Adresses:&updates= " << &updates;
	cout << ",p_updates= " << p_updates << endl;

	*p_updates += 1;
	cout << "Now updates= " << updates << endl;
	return 0;
}

int变量updates和指针变量p_updates只不过是同一枚硬币的两面。变量updates表示值，并使用&运算符来获取地址；而p_updates表示地址，并使用*运算符来获得值。由于p_updates指向updates，因此*p_updates和updates完全等价，可以使用int变量来使用。

11.1.1、声明和初始化指针

int *p_updates;

这个声明表明*p_updates的类型为int。由于*运算符被用于指针，因此p_updates变量本身必须是指针。我们可以认为p_updates指向int类型，或者该类型是指向int的指针。

一般来说，C程序员使用这种格式：

int *ptr;

这强调*ptr是一个int类型的值。而很多C++程序员使用这种格式：

int* ptr；

这强调的是：int*是一种类型——指向int的指针。

（其实在哪添加空格是自己喜好，对编译器没啥影响，甚至不加也行）

但是如果要声明多个变量，每个指针变量名都需要使用一个*。

可以在声明语句中初始化指针。被初始化的是指针而不是它指向的值。也就是说，下面的语句将pt的值设置为&higgens：

int higgens=6;
int* pt=&higgens;

11.1.2、指针的危险

在C++中创建指针时，计算机将分配用来存放地址的内存，但不会分配用来存储指针所指向数据的内存。为数据提供空间是一定要的步骤。一定要在对指针应用解除引用运算符（*）之前，将指针初始化为一个确定的、适当的地址。

11.1.3、指针和数字

指针不是整型，虽然计算机通常把地址当作整数看待，但从概念上，整数可以进行运算，而指针运算没有意义，因此不能将整数赋给指针：（那前面的地址举例）

int* pt;
*pt=0000006FCE94F8C8;

在这里，左边是指向int的指针，因此可以赋给地址。但右边是一个整数，这段语句没有告诉程序这个整数是一个地址，因此不能赋值。如果要使用，应通过强制类型转换将数字转换为适当的地址类型：

int* pt；
*pt= (int *)0000006FCE94F8C8；

这样两边都是地址，赋值才有效。

11.1.4、使用new来分配内存

前面我们将指针初始化为变量的地址；变量是在编译时分配的有名称的内存，而指针只是为可以通过名称直接访问的内存提供的一个别名。指针真正的作用时在运行阶段分配未命名的内存以存储值。在C语言中，可以用库函数malloc()来分配内存；在C++中依然可以这么做，但C++有更好的方法——new运算符。

在运行阶段为一个int值分配未命名的内存，并使用指针来访问这个值，这里的关键所在是C++的new运算符。程序员要告诉new，需要为哪种数据类型分配内存；new将找到一个长度正确的内存块，并返回该内存块的地址。例子：

int* pn=new int;

new int告诉程序，需要适合存储int的内存。new运算符根据类型来确定需要多少字节的内存。然后它找到这样的内存，并返回其地址。接下来将地址赋给pn，pn是被声明为指向int的指针。现在pn是地址，而*pn是存储在那里的值。为一个数据对象（可以是结构，也可以是基本类型）获得并指定分配内存的通用格式如下：

typeName * pointer_name=new typeName;

#include <iostream>
int main()
{
	using namespace std;
	int nights = 1001;
	int* pt = new int;
	*pt = 1001;

	cout << "nights value = ";
	cout << nights << ":location = " << &nights << endl;
	cout << "int ";
	cout << "value = " << *pt << ":location = " << pt << endl;
	double* pd = new double;
	*pd = 10000001.0;

	cout << "double ";
	cout << "value= " << *pd << ":location= " << pd << endl;
	cout << "location of pointer pd: " << &pd << endl;
	cout << "size of pt = " << sizeof(pt) ;
	cout << ": size of *pt = " << sizeof(*pt) << endl;
	cout << "size of pd = " << sizeof(pd) ;
	cout << ": size of *pd = " << sizeof(*pd) << endl;
	return 0;
}

程序说明：该程序使用new分别为int类型和double类型的数据对象分配内存。指针pt和pd指向这两个数据对象，如果没有它们，将无法访问这些内存单元。现在就可以像使用变量那样使用*pt和*pd了。

该程序还指出了必须声明指针所指向的类型的原因之一：地址本身只指出了对象存储地址的开始，而没有指出其类型（使用的字节）。从两个值的地址可以知道，它们都只是数字，并没有提供类型或长度信息。另外指向int的指针长度和double的指针相同，因为它们都是地址。

11.1.5、使用delete释放内存

当需要内存时，可以使用new来请求，而有请求，就会有删除。delete运算符使得在使用内存后，能够将其归还给内存池，能更有效地使用内存。使用delete时，后面要加上指向内存块的指针：

int* pt=new int;
delete pt;

这将释放pt指向的内存，而不会删除指针pt本身。可以将pt重新指向另一个新分配的内存块。一定要配对地使用new和delete；否则将会发生内存泄漏。

注：只能用delete来释放使用new分配的内存，然而对空指针使用delete是安全的。一般来说不能创建两个指向同一个内存块的指针，因为这将增加错误的删除同一个内存块两次的可能性。

11.1.6、使用new来创建动态数组

11.1.6.1、使用new创建动态数组

在C++中，创建动态数组很容易，只要将数组的元素类型和元素数目告诉new即可。必须在类型名后面加上方括号，其中包含元素数目。例如：

int* psome=new int [10];

new运算符返回第一个元素的地址，这个地址被赋给指针psome。当程序使用完new分配的内存块时，应使用delete释放它们。对于使用new创建的数组，应使用另一种格式的delete来释放：

delete [] psome;

方括号告诉程序，应释放整个数组，而不仅仅是指针指向的元素。

使用new和delete时，应遵循下面的规则：

（1）不要使用delete释放不是new分配的内存。

（2）不要使用delete释放同一块内存块两次。

（3）如果使用new[ ]为数组分配内存，应使用delete[ ]来释放。

（4）对空指针应用delete是安全的。

11.1.6.2、使用动态数组

我们使用上面的声明，可以将它看作是一跟指向该元素的手指。假设int占4个字节，则将手指沿正确的方向移动4个字节，手指指向第二个元素。下面做法对学过C语言的会很熟悉：可以使用psome[0]访问第一个元素，第二个元素则可以使用psome[1]，以此类推。

#include <iostream>
int main()
{
	using namespace std;
	double* p3 = new double[3];
	p3[0] = 0.2;
	p3[1] = 0.5;
	p3[2] = 0.8;
	cout << "p3[1] is " << p3[1] << ".\n";
	p3 = p3 + 1;
	cout << "Now p3[0] is " << p3[0] << " and ";
	cout << "p3[1] is " << p3[1] << ".\n";
	p3 = p3 - 1;
	delete[] p3;
	return 0;
}