C++学习笔记之指针（基础）

https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-pointers.html

C/C++中的指针内容是早就盛名在外了，当然了，想要随心所欲地使用也是要做很多功课的，先简单了解下吧~

首先，我们需要了解一点内存的概念：
每一个变量都有一个内存位置，而这个变量的内存位置会有地址，通过&可以进行访问
在这里插入图片描述

int a = 10;
cout << &a << endl;   // 访问变量地址

顺道再复习下数组

int a[10];
cout << &a << " " << &a[0] << endl;   // 数组地址取的就是首个元素的地址，二者含义相同

在这里插入图片描述
好，明白这点以后，下面进入正题

1、指针是什么？

指针是一个变量，它的值为另一个变量的地址（内存位置的直接地址）

由于它作为一个变量，因此在使用之前也需要进行声明

类型 *变量名

类型：C++ 数据类型
*：表明该变量是指针
变量名：合法的标识符

int *ip;   // int类型指针
double *ptr;   // double类型指针

注：无论是int类型指针、double类型指针，还是其他各种类型的指针，作为指针变量的值，都是一样的，其实质都是内存地址，均为代表内存地址的长的十六进制数

各个类型指针之间唯一的不同是，指针所指向的变量或常量的数据类型不同，也就是对应内存是存放了什么数据类型，这点是不同的

这就好比外卖员去送东西，外卖员去送外卖只关心顾客住在哪（内存地址），无论是屋子里住的是电影明星还是程序员（指向变量的类型），它只管按照地址把外卖送到就行了

2、使用指针

通常情况下，使用指针只需要三板斧：
①定义一个指针变量
②把变量地址赋值给指针
③访问指针变量中可用地址的值

int value = 100;  
int *ptr = &value;   // 将变量地址给指针变量ptr
cout << *ptr << endl;  // 访问指针地址对应的值，使用*
cout << ptr << endl;  // 访问指针的值，为变量地址

在这里插入图片描述

*的作用为解引用，用于获取该地址对应的内容，即指针指向变量的值

3、空指针

如果指针变量声明的时候，没有确切的地址可以赋值，通常会为指针赋值NULL
被赋值NULL的指针称为空指针

NULL在标准库中定义为0

int *ptr = NULL;
cout << ptr << endl;    // 0

在这里插入图片描述
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，表明该指针不指向一个可访问的内存位置

int *ptr = NULL;
cout << ptr << endl; 
if (ptr)   // 通常使用类似的方式判断指针可用
{
    // todo 
}

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，通常未初始化的变量存有一些垃圾值，导致程序难以调试

4、指针的算术运算

C++指针实际上是地址，因此可以对指针进行一些算术运算，包括++、--、+、-

指针的算术运算根据指针的类型和大小决定移动的距离，比如如果是int类型的指针，int所占字节为4字节，即32位，那么指针每移动一个单位，便是4字节

加法运算
指针当前指向的地址的基础上加n个单位，每个单位由对应指针的类型决定
在使用指针操作数组时，常常使用这些指针运算符，数组的类型统一，因而下一个元素正好可以方便地使用指针的加减来寻址
```
int arr[] = {1, 2, 3, 5, 4};
int *ptr = arr;    // 指向数组首地址
cout << *ptr << endl;
ptr ++;    // 数组下一个元素
cout << *ptr << endl;
```
但是需要注意，当使用指针操作时，要确保指针指向有效的内存区域，否则可能会导致未定义行为或程序崩溃
在操作数组时，尤其要小心避免指针超出数组的范围

减法运算
与加法相反，在当前指针指向的地址的基础上减去n个单位

int arr[] = {1, 2, 3, 5, 4};
int *ptr = &arr[1];   // 指向数组第二个元素的地址
cout << *ptr << endl;
ptr --;   // 向前移一位元素
cout << *ptr << endl;

指针与指针间的减法
两个指针间的元素个数

int arr[] = {1, 2, 3, 5, 4};
int *ptr1 = &arr[1];
int *ptr2 = &arr[3];
cout << ptr2 - ptr1 << endl;    // 相距2个元素

指针与整数间的比较
可以将指针与整数进行比较运算，常用于判断指针是否指向某个有效的内存位置

int arr[] = {1, 2, 3, 5, 4};
int *ptr1 = &arr[1];
int *ptr2 = &arr[3];
cout << (ptr1 == ptr2) << endl;  // 假，返回0
cout << (ptr1 < ptr2) << endl;   // 真，返回1

需要注意，在进行关系比较时，指针需要属于同一数组，否则关系比较结果是未定义的
并且，在进行关系比较前，需要确保指针非空，否则也会产生未定义的行为

5、指针 vs 数组

在C++中，指针和数组是密切相关的，透过表象看本质，终究还是对内存地址的操作

数组是内存中连续的单元组合而成，因此其中每个元素是同样的类型，这就可以借助于指针在数组上进行运算，因为每一步正好就是一个类型长度，从数组首地址开始根据计算可以访问其中的各个元素

int arr[] = {1, 2, 3, 5, 4};
int *ptr = arr;
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    cout << *ptr << endl;
    ptr ++;
}

然而，两者之间是无法完全画等号的，如果把数组名看做指针，使用*更换内容，是可以的，但是使用++一类的运算来修改，是不行的，因为修改值不会涉及地址的变化，而使用++等运算符，数组的首地址就变了呀，那还不乱套了
在这里插入图片描述
看到报错提示，数组名是不可作为左值的，它的地址不可被改变

数组名属于指向数组开头的常量，因而不能重新对其修改，但是其中内容可以更改，也可以采用指针的方式进行访问

*(arr + 2)   // 相当于arr[2] 结果为3

6、指针数组

前面学习了数组，现在又了解了一些指针的内容，此时将二者结合一下，便有了指针数组的概念

其实这个比较好理解的，也就是数组的每个元素都是一个指针，指向某个元素的地址

int  arr[] = {1, 3, 9};
int *ptr[3];
 
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
   ptr[i] = &arr[i]; // 取整数的地址
}
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
   cout << *ptr[i] << endl;
}

在下面这个例子中，也是一个指针数组，看右边知道，每个元素是字符串，下意识反应字符串其实就是字符数组，数组在某种程度上相当于指针，所以意味着，我们可以把每个元素看做字符指针，那么就可以将字符串作为字符指针数组的元素了，这种转换意识还是需要的

const char *ptr[3] = {
 "Bob",
 "Bill",
 "Mike"
};
 
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
   cout << "name=" << ptr[i] << endl; 
}

7、指向指针的指针

指向指针的指针，听起来好绕的样子，但是带入生活的案例可能好理解一些，指针对应着地址，比方说我想要认识甲，但是我不知道他的地址，但我知道乙的地址，乙知道甲的地址，那么我通过乙去找甲，这便是指针的指针，像极了人际关系网

在这里插入图片描述
我和乙都是指针，我们掌握的都是地址，而真正需要的东西在甲手里

声明指针的指针需要使用**

int **ptr;

看看简单的使用：

int **pptr;
int *ptr;
int value = 100;

ptr = &value;   // 乙知道甲的地址
pptr = &ptr;   // 我知道乙的地址

cout << value << endl;   // 甲手里的100
cout << *ptr << endl;    // 乙找到甲得到100
cout << **pptr << endl;   // 我找到乙，通过乙找到甲得到100

8、传递指针给函数

C++ 允许传递指针给函数，只需要简单地声明函数参数为指针类型即可

int getSum(int *arr, int size) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        sum += arr[i];
    }
    return sum;
}

int main()
{
   int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
   cout << getSum(arr, 5) << endl; 
}

9、从函数返回指针

C++ 不支持在函数外返回局部变量的地址，除非定义局部变量为 static 变量

int *getArray( )
{
  static int  arr[3] = {1, 2, 3};   // 局部变量必须是static
  return arr;
}
 
int main ()
{
   int *p;
 
   p = getArray();
   for ( int i = 0; i < 3; i++ )
   {
       cout << *(p + i) << endl;
   }
 
   return 0;
}