深入理解 C/C++ 指针

news2024/10/12 15:11:11

深入理解 C++ 指针：指针、解引用与指针变量的详细解析

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前言

在 C++ 编程语言中，指针是一个非常强大且重要的概念。对于初学者来说，指针往往会让人感到困惑不解。本文将通过形象的比喻，帮助大家深入理解指针、解引用与指针变量的概念，带你一步步掌握指针的使用。

什么是指针？

简单来说，指针是一个保存了内存地址的变量。普通变量存储的是数据本身，而指针存储的是某个变量的内存地址。可以通过指针访问到该内存地址中存储的数据。

形象比喻：

想象一下，你有一个朋友要去你家找你：

你家的地址：就像指针，它不是你本人，但指向了你家，告诉别人如何找到你。
你本人：就是存储在内存中的实际数据，当有人通过你家的地址找到你时，就等于通过指针访问到了内存中的实际数据。

代码示例：

int a = 5;       // 变量 a 存储的是数值 5
int *p = &a;     // 指针 p 保存了变量 a 的地址

在这个例子中，a 是一个普通变量，存储了值 5，而 p 是一个指针，它保存了变量 a 的内存地址。也就是说，p 知道 a 存储在内存的什么位置。

解引用是什么？

当我们知道了变量的地址后，如何通过这个地址去访问实际存储的数据呢？这就需要用到解引用。

解引用 是指通过指针访问指针所指向的内存中的数据。解引用操作符是星号（*）。当你对指针使用 * 操作时，表示你要访问指针指向的那个变量的值。

形象比喻：

通过朋友知道了你家的地址，但要真正找到你，需要按照这个地址走到你家门口，敲门，看到你本人。这就是解引用的过程。

代码示例：

int a = 5;       // 变量 a 存储的是数值 5
int *p = &a;     // 指针 p 保存了变量 a 的地址

cout << *p;      // 输出 a 的值，通过解引用访问 a

在上面的例子中，*p 代表通过指针 p 访问 a 的值，所以 cout 将会输出 5。

总结：

p 保存的是 a 的地址（指针）。
*p 解引用 p，表示我们访问了 a 的值（实际数据）。

指针与普通变量的区别

类型	描述	类比
普通变量	存储的是数据本身	家里的物品
指针	存储的是某个变量的内存地址	你家的地址
指针解引用	通过指针找到并访问该地址存储的值	朋友找到你本人

普通变量可以直接操作存储的数据，而指针存储的是地址，你需要通过解引用操作符 * 来访问指针所指向的数据。

代码示例一：交换两个整数的最大最小值

示例一代码：

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
    int *p1, *p2, *p, a, b; 
    cout << "请输入两个整数" << endl;
    cin >> a >> b;  // 输入两个整数
    p1 = &a;       // p1 指向 a
    p2 = &b;       // p2 指向 b
    if (a < b) {   // 交换 p1 和 p2 的指向，使得 p1 始终指向较大的值
        p = p1;   
        p1 = p2;
        p2 = p;
    }
    cout << "a=" << a << "b=" << b << endl;
    cout << "max=" << *p1 << " min=" << *p2 << endl; // 输出最大值和最小值
    return 0;
}

示例一结果：

请输入两个整数
45 78
a=45 b=78
max=78 min=45

示例一解释：

在这个例子中，我们通过 p1 和 p2 这两个指针分别指向变量 a 和 b。程序判断 a 是否小于 b，如果是，则交换 p1 和 p2 的指向。最终，p1 始终指向较大的值，p2 指向较小的值。通过解引用 *p1 和 *p2，我们分别得到了 a 和 b 的最大值和最小值。
关键点：这个示例展示了如何使用指针交换两个变量的指向，而不需要实际交换变量 a 和 b 的值。

代码示例二：交换两个整数的值

示例二代码：

#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
    int *p1, *p2, a, b; 
    cout << "请输入两个整数" << endl;
    cin >> a >> b;  // 输入两个整数
    p1 = &a;       // p1 指向 a
    p2 = &b;       // p2 指向 b
    if (a < b) {   
        int p;
        p = *p1;   // 将 p1 指向的值赋给临时变量 p
        *p1 = *p2; // 将 p2 指向的值赋给 p1 所指向的地址（a）
        *p2 = p;   // 将临时变量 p 的值赋给 p2 所指向的地址（b）
    }
    cout << "a=" << a << "b=" << b << endl;
    cout << "max=" << *p1 << " min=" << *p2 << endl; // 输出最大值和最小值
    return 0;
}

示例二结果：

请输入两个整数
45 78
a=78 b=45
max=78 min=45

示例二解释：

在这个例子中，我们不仅仅交换了指针指向的地址，还交换了 a 和 b 这两个变量的值。首先，通过 p1 和 p2 分别指向 a 和 b。然后，使用一个临时变量 p 存储 p1 所指向的值（即 a 的值），接着将 p2 所指向的值赋给 p1，再将临时变量 p 的值赋给 p2。最终实现了 a 和 b 的值交换。
关键点：此示例展示了如何通过解引用指针来实际交换两个变量的值。

指针与解引用的区别和联系

通过上述两个例子可以看出：

在示例一中，我们交换的是指针的指向，也就是说 p1 和 p2 交换后，指向不同的变量，但 a 和 b 的值并没有改变。
在示例二中，我们实际交换了指针指向的变量的值，通过解引用 *p1 和 *p2，将 a 和 b 的值进行了交换。

两者的核心区别在于，示例一中的指针仅仅是交换了指向的对象，而示例二通过解引用操作符 * 实现了对象本身值的交换。
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常见错误

初学者在使用指针时容易犯一些常见错误，下面是两个需要特别注意的地方：

未初始化指针：在给指针赋值之前，指针变量是未初始化的，它可能指向一个随机的内存地址，这可能会导致程序崩溃。
```
int *p;       // 没有初始化
cout << *p;   // 错误！未初始化的指针解引用
```
解决方法：指针在使用之前一定要初始化。比如可以让指针指向某个已知变量，或者将其初始化为 nullptr。
```
int *p = nullptr;   // 指针初始化为 nullptr
```
野指针：当指针指向的内存已经