可爱的指针（一）

基本介绍

在互联网时代，几乎人人都会使用互联网来浏览信息。自互联网2.0以后，网页也变得越来越丰富。一个网页可以包含各种形式的信息，比如文字、图片、视频等。网页及其中的图片、视频都可以通过网址来获得。比如链接https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width_feature/public/thumbnails/image/potw2045a.jpg对应一张NASA的星云图。
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给定一个链接（或者称之为地址），浏览器会根据地址向对应的服务器获取图片（内容）。指针也是类似的概念。我们可以把网络地址看成指向网络资源的指针。

在计算机内存中，每一个资源都对应了一个地址。每当我们用程序语言定义一个变量，计算机都会在内存中开辟一个特定大小的存储空间，用来存储对应变量的值。
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每一个变量都有三个要素：（1）变量名，（2）变量的地址，（3）变量的值。在上面的图中，变量c的地址为0x0012FF74，变量c的值为76。不难发现，变量和上面例子当中的NASA星云图是很像的。和指向星云图的指针（网址）类似，我们可以把某个变量的地址称为指向该变量的指针。

有趣的是，计算机是可以通过变量的地址（指针）访问或改变变量的内容。抛开指针，我们可以通过cout<<c<<endl;来打印变量c的值。在使用指针来打印变量之前，我们首先需要获得变量的指针（地址）。C++语言中，可以通过&c获得变量c的地址（指针）。如果我们想把&c存放在一个变量里，我们就需要定义一个指针变量 int* pointer（pointer作为指针变量，它是用来存储指针的，pointer本身作为一个变量，也有一个对应的地址，这个地址和它本身存储的地址是不同的）。pointer = &c称作指向变量c的指针。

int c = 76; //定义int类型变量c，并赋值76
int *pointer; //定义名字为pointer的指针变量，*表示pointer类型为指针类型
pointer = &c; //将变量c的地址赋值给指针变量pointer

这里，int *中的int称为指针类型的基类型，基类型可以帮助程序确定指针指向的变量在内存中所占空间的大小。

有了指针变量之后，如何通过指针变量访问指针变量指向的变量内容呢？（如何利用pointer访问变量c的值76呢？）可以使用指针运算符*实现。使用*pointer，我们可以获得pointer所指向的存储单元的内容。这里，pointer所指向的存储单元的内容是变量c（注意，内容是变量c而不是76,因为我们可以实现操作*pointer = 72，其含义等于c = 72）。

Example 1:

void main(){
  int c;
  int *pointer;
  c = 76;
  pointer = &c;
  cout<<*pointer<<endl;
}

这里，cout<<*pointer<<endl;相当于cout<<c<<endl;所以结果打印出76。注意，在使用指针变量时，一定要先对其进行赋值，然后才能使用指针变量访问或者改变指向变量的值。

Example 2:

void main(){
  int akey = 0,b = 0;
  int *p = NULL, *q = NULL;
  akey = 66;
  p = &akey;
  q = &b;
  *q = *p;
  cout<<"b = "<<b<<endl;
  cout<<"*q = "<<*q<<endl;
}

这个结果会打印出

b = 66
*q = 66

程序的逻辑很简单，最关键的一行就是*q = *p;。可以把这一行理解为b = akey;，即把akey的值赋值给b。

Example 3:

void main(){
  int *p1, *p2, *p;
  int a,b;
  cin>>a>>b;
  p1 = &a; p2 = &b;
  if (a < b){
    p = p1;
    p1 = p2;
    p2 = p;
  }
  cout<<"a = "<<a<<", b = "<<b<<endl;
  cout<<"max = "<<*p1<<", min = "<<*p2<<endl;
}

这里，我们输入3 5，会打印出

a = 3, b = 5
max = 5, min = 3

这个程序的核心逻辑在如果a < b，则将小数a的指针p1和大数b的指针p2交换。交换后，p1会指向大数，p2会指向小数。（注意，只是交换了指针，并未交换指针所指向的内容。）

Discussion of *&a

定义整型变量a:int a = 3;，&a代表我把它取得整型变量a的地址；*&a表示取地址&a处相应的内容（变量a）；所以，*&a等价于a。

Discussion of &*pointer

定义整型变量a:int a = 3;并且定义一个指向变量a的指针变量pointer：int *pointer = &a;。*pointer等价于整型变量a；&*pointer等价于&a；(*pointer)++等价于a++。

Discussion of iPtr++

假设iPtr所代表的地址是0x00000100，
若iPtr指向一个整型元素（占4字节），则iPtr++等于iPtr+1*4=0x00000104；
若iPtr指向一个实型元素（占4字节），则iPtr++等于iPtr+1*4=0x00000104；
若iPtr指向一个字符元素（占1字节），则iPtr++等于iPtr+1*1=0x00000101。

指针与数组

指向数组元素的指针的定义、赋值、使用与基本变量完全相同。我们可以看如下的例子：

Example 4

void main(){
  int a[5] = {1,2,3,4,5};
  int *p = &a[3];
  cout<<*p<<endl;
  *p = 100;
  cout<<a[3]<<endl;
}

程序的的核心在int *p = &a[3];和*p = 100;。这里，*p = 100;相当于a[3] = 100;。所以打印出：

4
100

以上是指向数组元素的指针的使用，而我们需要关注的是指向数组的指针。

在C++中，数组名代表数组首元素的地址。定义int a[10]，则数组名a代表数组a[10]中第一个元素a[0]的地址；即a与&a[0]等价；若有int *p，则p = &a[0]与p = a等价。（注意，a是地址常量，不能给a赋值）

在定义int a[10]存放10个int类型的连续空间之后，我们可以使用a + n来获得数组a中第n+1个元素的地址。（a+1是数组a[10]中第二个元素a[1]的地址。）同时，指向数组元素的指针可以用做下标：[]与*的作用相同，比如p[i]与*(p+i)等价。（使用*(p+i)要注意数组下标越界的情况！）

Discussion

如果定义int a[5] = {1,2,3,4,5}; int *p;，假设当前i=3, a[4] = 4，则t = *p--相当于t = a[i--]，先做*p运算。

• *++p相当于a[++i]，先将p自加，然后再做*运算；
• *--p相当于a[--i]，先将p自减，然后再做*运算；
• *p++相当于a[i++]，先做*运算，在做p自加；
• *p--相当于a[i--]，先做*运算，在做p自减；

Example 5

利用指针实现数组a的输入和输出：

int main(){
  int *p, i, a[10];
  p = a;
  for(i = 0; i < 10; i++)
    cin>>*p++;
  p = a;
  for(i = 0; i < 10; i++)
    cout<<*p++;
  return 0;
}

输入1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
输出1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Example 6

void main(){
 int a[5] = {1,2,3,4,5};
 int *p = &a[3];
 *p = 100;
 cout<<*p++<<endl;
 cout<<*p--<<endl;
 cout<<*--p<<endl;
}

这个例子主要看*操作和++或者--的优先级。*p++表明先计算*p，之后再p++，此时输出100，*p等价于a[4];*p--先输出a[4]的值：5，再自减，此时*p等价于a[3]；*--p首先执行--p，此时*p等价于a[2]，再输出a[2]的值：3。故最后的输出为

100
5
3

以上是指针和一维数组之间的一些问题。下一篇将会简单介绍指针和二维数组之间的一些操作。