手把手教你深入理解c/c++中的指针

Posted 2021-04-04 AI算法与图像处理

 
   
   
 

  
    
    
  
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指针是c语言为什么如此流行的一个重要原因，正是有了指针的存在，才使得c/c++能够可以比使用其他语言编写出更为紧凑和有效的程序，可以说，没有掌握指针，就没有权利说自己会用c/c++.然而。然而对于大多数初学者，面对指针这个概念简直是望而生畏，如果前期指针运用的不熟练，后期编写的程序随时都有可能成为一颗定时炸弹，因此今天我就花点时间给大家解释一下我自己对c/c++中指针的理解。

int a = 10;

上面这行代码我们定义并初始化了这个变量a，系统会为a分配一块内存单元，a只是这块内存单元的别名，在程序中从变量中取值，实际上是通过变量名找到相应的内存单元，从其中读取数据。

例如：

int a = 10;  int* p = &a;  //定义指针变量 p*p = 20; //将指针p指向的值修改为 20

符号	意义
&	取地址
*	解引用

这三行代码的内存模型如下：

由此扩展到二级指针，如果我们再定义一个指针变量q来指向p，那么q就是一个二级指针，因为它指向的对象还是一个指针，只不过比他自己低一级，是一级指针,那么二级指针如何定义呢，请看下面的代码：

int a = 10;int* p = &a;int** q = &p;

上面第三行代码就是定义了一个二级指针q，它指向的是一级指针p，而一级指针p又指向了变量a，它的内存模型如下图所示：

cout <<"a的值为："<< **q << endl;

我们观察一下输出结果：

没错，输出的结果完全正确。

由此再扩充到多级指针，二级指针是指向一级指针的指针，那么n级指针便是指向n-1级指针的指针，以此类推。

三，常量指针与指针常量

请看下面两行代码：

int a = 10;const int * p1 = &a; //常量指针int * const p2 = &a;    //指针常量

上面第二行代码中的p1是一个常量指针，就是指向常量的指针变量。意味着它指向的值不可以修改，但是指针的指向可以修改：

int a = 10;int b = 20;const int * p1 = &a; //常量指针*p1 = 100;  //错误，常量指针指向的值不可以修改p1 = &b;   //正确

而对于指针常量，它本质是一个常量，但是由指针修饰。意味着它指向的值可以修改，但是指针的指向不可修改，与常量指针刚刚相反：

int a = 10;int b = 20;int * const p1 = &a;    //指针常量*p1 = 100;  //正确p1 = &b;   //错误，指针的指向不可以修改

因此，我们总结下：

名称	意义	特点
const int * p	常量指针	指向可修改，指向的值不可修改
int * const p	指针常量	指向不可修改，指向的值可修改

四，指针与数组

我们知道，一维数组名本身就是一个指针，但是在使用的过程中要小心，因为这个指针分为指向数组首元素的指针与指向整个数组的指针，那么如何区分它们呢？我们来看下面几行代码：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};int* p1 = arr;int* p2 = &arr[0];int* p3 = &arr;    //报错

所以，我们得出结论，对于一维数组arr：

名称	意义	步长
arr	指向数组首元素	单个元素
&arr[0]	指向数组首元素	单个元素
&arr	指向整个数组	整个数组

在定义了指向数组首元素的指针变量后，我们可以通过这个指针变量来访问数组元素：

 int arr[] = { 1,2,3,4,5 };  int* p1 = arr; int length = sizeof(arr) / sizeof(int); for (int i = 0; i < length; i++) { cout << p1[i] << endl;    cout << *(p1 + i) << endl; }

上面几行代码中，p1[i]与*(p1+i)两者是等价的，所以输出的结果一样。但是要注意，当用sizeof操作符操作arr的时候，这个时候不能把arr当做一个指针来对待，因为sizeof操作数组的时候它返回的是数组的字节长度，而单个指针变量只占用四个字节。上面循环体中，我们也可以通过下面方式访问：

cout << *p1++ << endl;  cout << *(p1++) << endl;

*p1++与*(p1++)是等价的，这是因为++的运算符优先级比*要高，因此不管你加不加括号，都会优先执行p++，然而p++是先返回p的值，再与*结合，最后p再向后移动一位。

不过在这里要特别注意，有一种情况下我们是不能通过sizeof操作符来计算数组的长度的，就是当数组名作为函数参数传递的时候：

void test(int arr[]){ int lenth = sizeof(arr) / sizeof(int);}

上面这行代码语法上没有问题，但是得出的结果却不是我们想要的结果，为什么呢，这是因为数组名作为函数传递的时候，会退化成一个指针，如果是二维数组的话，会退化成指向一维数组的指针，所以sizeof(arr)计算出来的结果就不是数组的字节长度了。所以说，在c/c++中传递数组的时候，一般我们也会把数组的长度作为形参传递过去。

但是我们不能通过下面方式去访问数组元素：

cout << *arr++ << endl; //报错

这是因为arr本身是一个指针常量，指针的指向不可更改，因此编译器直接报错。

五，数组指针与指针数组

数组指针顾名思义，本质就是一个指针，这个指针指向整个数组；指针数组本质上是一个数组，但是数组的每个元素都是指针。请看下面两行代码：

int *p1[10];    //指针数组int (*p2)[10]; //数组指针

上面两行代码，p1是一个数组，而p2却是一个指针，它指向一个匿名数组。为什么是这样呢？这是因为[]的优先级比*要高。p1 先与[]结合，构成一个数组的定义，数组名为p1，int *修饰的是数组的内容，即数组的每个元素。那现在我们清楚，这是一个数组，其包含10 个指向int 类型数据的指针，即指针数组。至于p2 就更好理解了，在这里括号的优先级比[]高，*号和p2 构成一个指针的定义，指针变量名为p2，int 修饰的是数组的内容，即数组的每个元素。数组在这里并没有名字，是个匿名数组。那现在我们清楚p2 是一个指针，它指向一个包含10 个int 类型数据的数组，即数组指针。

p1为数组名，每个元素都是int型指针

p2为指针变量，指向一个匿名数组

如果我们定义：

int(*p)[10] = &arr;

那么如何访问数组的元素呢？且看，由于上行代码中，p=&arr，那么对其解引用，*p就是arr，因此我们可以通过(*p)[]来进行访问数组的元素：

for(int i = 0; i < 10; i++){  cout<< (*p)[i] << endl;}

六，指针函数与函数指针

指针函数顾名思义，他是一个函数，但返回值是一个指针，例如下面这几行代码：

int* test(){ int a = 10; int* p = &a; return p;}

这个test就是一个指针函数，它返回的是一个int型的指针。

函数指针本质是一个指针，这个指针指向一个函数，那么我们如何定义函数指针呢？请看下面代码：

int myAdd(int a, int b){ return a + b;}void test(){  int(*pFun)(int, int) = myAdd;    //定义一个函数指针  cout << (*pFun)(2, 5) << endl;    //用函数指针调用函数 cout << pFun(2, 5) << endl; //用函数指针调用函数}

上面test函数代码中，我们定义了一个函数指针，在最后进行调用函数的时候，有两种方法，一种是用*pFun来调用，一种是直接用pFun来调用，可见两种方法结果都一样。

最后，我们来看个比较混合指针复杂的案例：

char *(* c[10])(int **p);

乍一看，让人眼花缭乱，不知道是什么东西，在这里请大家记住一个规则：C语言标准规定，对于一个符号的定义，编译器总是从它的名字开始读取，然后按照优先级顺序依次解析。注意是从名字开始，不是从开头也不是从末尾，这是理解复杂指针的关键。

有了上面的规则，我们来逐步剖析上面哪行代码的意义：

首先从*c[10]开始，由于[]的优先级比*高，因此，*c[10]代表一个指针数组，每个元素都是指针，但类型还不知道。再看右边的(int** p)，它是一个函数，参数为一个二级指针。最左边char* 代表这个函数的返回类型。因此，整行代码的含义就是：c 是一个拥有 10 个元素的指针数组，数组每个元素指向一个原型为char *(int **p)的函数。

好了，关于c/c++中的指针就先讲述到这里，希望这篇文章对你理解指针有帮助，后面还会持续更新。更多精彩的文章可以扫描下面的二维码关注我，感谢大家的支持！

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