C++ 指针

指针的概念

每一个变量都有一个内存位置，每一个内存位置都定义了可使用连字号（&）运算符访问的地址，它表示了在内存中的一个地址。
指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，即，内存位置的直接地址。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明。指针变量声明的一般形式为：

type *var-name;

所有指针的值的实际数据类型，不管是整型、浮点型、字符型，还是其他的数据类型，都是一样的，都是一个代表内存地址的长的十六进制数。不同数据类型的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。

指针的使用

使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 * 来返回位于操作数所指定地址的变量的值：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   int  var = 20;   // 实际变量的声明
   int  *ip;        // 指针变量的声明
 
   ip = &var;       // 在指针变量中存储 var 的地址
 
   cout << "Value of var variable: ";
   cout << var << endl;
 
   // 输出在指针变量中存储的地址
   cout << "Address stored in ip variable: ";
   cout << ip << endl;
 
   // 访问指针中地址的值
   cout << "Value of *ip variable: ";
   cout << *ip << endl;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of var variable: 20
Address stored in ip variable: 0xbfc601ac
Value of *ip variable: 20

NULL指针

在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。
NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。

#include <iostream>

using namespace std;

int main ()
{
   int  *ptr = NULL;

   cout << "ptr 的值是 " << ptr ;
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

ptr 的值是 0

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。然而，内存地址 0 有特别重要的意义，它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例，如果指针包含空值（零值），则假定它不指向任何东西。
如需检查一个空指针，您可以使用 if 语句，如下所示：

if(ptr)     /* 如果 ptr 非空，则完成 */
if(!ptr)    /* 如果 ptr 为空，则完成 */

因此，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。很多时候，未初始化的变量存有一些垃圾值，导致程序难以调试。

指针的算术运算

指针是一个用数值表示的地址。因此，您可以对指针执行算术运算。可以对指针进行四种算术运算：++、--、+、-。

递增一个指针

我们喜欢在程序中使用指针代替数组，因为变量指针可以递增，而数组不能递增，因为数组是一个常量指针。下面的程序递增变量指针，以便顺序访问数组中的每一个元素：

#include <iostream>
 
using namespace std;
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[MAX] = {10, 100, 200};
   int  *ptr;
 
   // 指针中的数组地址
   ptr = var;
   for (int i = 0; i < MAX; i++)
   {
      cout << "Address of var[" << i << "] = ";
      cout << ptr << endl;
 
      cout << "Value of var[" << i << "] = ";
      cout << *ptr << endl;
 
      // 移动到下一个位置
      ptr++;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Address of var[0] = 0xbfa088b0
Value of var[0] = 10
Address of var[1] = 0xbfa088b4
Value of var[1] = 100
Address of var[2] = 0xbfa088b8
Value of var[2] = 200

递减一个指针

同样地，对指针进行递减运算，即把值减去其数据类型的字节数:

#include <iostream>
 
using namespace std;
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[MAX] = {10, 100, 200};
   int  *ptr;
 
   // 指针中最后一个元素的地址
   ptr = &var[MAX-1];
   for (int i = MAX; i > 0; i--)
   {
      cout << "Address of var[" << i << "] = ";
      cout << ptr << endl;
 
      cout << "Value of var[" << i << "] = ";
      cout << *ptr << endl;
 
      // 移动到下一个位置
      ptr--;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Address of var[3] = 0xbfdb70f8
Value of var[3] = 200
Address of var[2] = 0xbfdb70f4
Value of var[2] = 100
Address of var[1] = 0xbfdb70f0
Value of var[1] = 10

指针的比较

指针可以用关系运算符进行比较，如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量，比如同一个数组中的不同元素，则可对 p1 和 p2 进行大小比较。

#include <iostream>
 
using namespace std;
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[MAX] = {10, 100, 200};
   int  *ptr;
 
   // 指针中第一个元素的地址
   ptr = var;
   int i = 0;
   while ( ptr <= &var[MAX - 1] )
   {
      cout << "Address of var[" << i << "] = ";
      cout << ptr << endl;
 
      cout << "Value of var[" << i << "] = ";
      cout << *ptr << endl;
 
      // 指向上一个位置
      ptr++;
      i++;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Address of var[0] = 0xbfce42d0
Value of var[0] = 10
Address of var[1] = 0xbfce42d4
Value of var[1] = 100
Address of var[2] = 0xbfce42d8
Value of var[2] = 200

指针 vs 数组

指针和数组是密切相关的。事实上，指针和数组在很多情况下是可以互换的。例如，一个指向数组开头的指针，可以通过使用指针的算术运算或数组索引来访问数组。如上一节例子所示。
然而，指针和数组并不是完全互换的。例如，请看下面的程序：

#include <iostream>
 
using namespace std;
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[MAX] = {10, 100, 200};
 
   for (int i = 0; i < MAX; i++)
   {
      *var = i;    // 这是正确的语法
      var++;       // 这是不正确的
   }
   return 0;
}

把指针运算符 * 应用到 var 上是完全可以的，但修改 var 的值是非法的。这是因为 var 是一个指向数组开头的常量，不能作为左值。
由于一个数组名对应一个指针常量，只要不改变数组的值，仍然可以用指针形式的表达式。例如，下面是一个有效的语句，把 var[2] 赋值为 500：

*(var + 2) = 500;

上面的语句是有效的，且能成功编译，因为 var 未改变。

指针数组

可能有一种情况，我们想要让数组存储指向 int 或 char 或其他数据类型的指针。下面是一个指向整数的指针数组的声明：

int *ptr[MAX];

在这里，把 ptr 声明为一个数组，由 MAX 个整数指针组成。因此，ptr 中的每个元素，都是一个指向 int 值的指针。下面的实例用到了三个整数，它们将存储在一个指针数组中，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[MAX] = {10, 100, 200};
   int *ptr[MAX];
 
   for (int i = 0; i < MAX; i++)
   {
      ptr[i] = &var[i]; // 赋值为整数的地址
   }
   for (int i = 0; i < MAX; i++)
   {
      cout << "Value of var[" << i << "] = ";
      cout << *ptr[i] << endl;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of var[0] = 10
Value of var[1] = 100
Value of var[2] = 200

您也可以用一个指向字符的指针数组来存储一个字符串列表，如下:

#include <iostream>
 
using namespace std;
const int MAX = 4;
 
int main ()
{
 const char *names[MAX] = {
        "sun","bin","sunbin"
  };
  for(int i = 0;i < MAX;i++){
      cout <<"Value of names[" << i << "] = ";//输出字符串的值
      cout << names[i] << endl;
      cout <<"Value of *names[" << i << "] = ";//输出指针所指向字符串首地址的值
      cout << *names[i] << endl;
      cout <<"Value of *names[" << i << "]+1 = ";//输出ascii码值
      cout << *names[i]+1 << endl;
      cout << "Value of (char)(*names[" << i <<"] + 1) = " ;//输出ascii码值对应的字符
      cout << (char)(*names[i] + 1) << endl;
      cout <<"Value of *(names[" << i << "]+1) = ";//输出指针所指向字符串首地址上一位的值
      cout << *(names[i]+1) << endl;        
   }

   return 0;
}

输出结果：

Value of names[0] = sun
Value of *names[0] = s
Value of *names[0]+1 = 116
Value of (char)(*names[0] + 1) = t
Value of *(names[0]+1) = u
Value of names[1] = bin
Value of *names[1] = b
Value of *names[1]+1 = 99
Value of (char)(*names[1] + 1) = c
Value of *(names[1]+1) = i
Value of names[2] = sunbin
Value of *names[2] = s
Value of *names[2]+1 = 116
Value of (char)(*names[2] + 1) = t
Value of *(names[2]+1) = u

char *names[MAX] 是指针数组, 它的本质是存储指针的数组, 既存储 char 类型的指针的数组, 数组内的每个元素都是一个指针指向一个存储 char 类型的地址。

指向指针的指针（多级间接寻址）

指向指针的指针是一种多级间接寻址的形式，或者说是一个指针链。通常，一个指针包含一个变量的地址。当我们定义一个指向指针的指针时，第一个指针包含了第二个指针的地址，第二个指针指向包含实际值的位置。
一个指向指针的指针变量必须如下声明，即在变量名前放置两个星号。例如，下面声明了一个指向 int 类型指针的指针：

int **var;

当一个目标值被一个指针间接指向到另一个指针时，访问这个值需要使用两个星号运算符，如下面实例所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
    int  var;
    int  *ptr;
    int  **pptr;
 
    var = 3000;
 
    // 获取 var 的地址
    ptr = &var;
 
    // 使用运算符 & 获取 ptr 的地址
    pptr = &ptr;
 
    // 使用 pptr 获取值
    cout << "var 值为 :" << var << endl;
    cout << "*ptr 值为:" << *ptr << endl;
    cout << "**pptr 值为:" << **pptr << endl;
 
    return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

var 值为 :3000
*ptr 值为:3000
**pptr 值为:3000

传递指针给函数

C++ 允许您传递指针给函数，只需要简单地声明函数参数为指针类型即可。通过引用或地址传递参数，使传递的参数在调用函数中被改变。
下面的实例中，我们传递一个无符号的 long 型指针给函数，并在函数内改变这个值：

#include <iostream>
#include <ctime>
 
using namespace std;
void getSeconds(unsigned long *par);
 
int main ()
{
   unsigned long sec;
 
 
   getSeconds( &sec );
 
   // 输出实际值
   cout << "Number of seconds :" << sec << endl;
 
   return 0;
}
 
void getSeconds(unsigned long *par)
{
   // 获取当前的秒数
   *par = time( NULL );
   return;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Number of seconds :1294450468

能接受指针作为参数的函数，也能接受数组作为参数，如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 函数声明
double getAverage(int *arr, int size);
 
int main ()
{
   // 带有 5 个元素的整型数组
   int balance[5] = {1000, 2, 3, 17, 50};
   double avg;
 
   // 传递一个指向数组的指针作为参数
   avg = getAverage( balance, 5 ) ;
 
   // 输出返回值
   cout << "Average value is: " << avg << endl; 
    
   return 0;
}
 
double getAverage(int *arr, int size)
{
  int    i, sum = 0;       
  double avg;          
 
  for (i = 0; i < size; ++i)
  {
    sum += arr[i];
   }
 
  avg = double(sum) / size;
 
  return avg;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Average value is: 214.4

从函数返回指针

C++ 允许函数返回指针到局部变量、静态变量和动态内存分配。语法为：

type * funcName(){}

另外，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。
现在，让我们来看下面的函数，它会生成 10 个随机数，并使用表示指针的数组名（即第一个数组元素的地址）来返回它们，具体如下：

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cstdlib>
 
using namespace std;
 
// 要生成和返回随机数的函数
int * getRandom( )
{
  static int  r[10];
 
  // 设置种子
  srand( (unsigned)time( NULL ) );
  for (int i = 0; i < 10; ++i)
  {
    r[i] = rand();
    cout << r[i] << endl;
  }
 
  return r;
}
 
// 要调用上面定义函数的主函数
int main ()
{
   // 一个指向整数的指针
   int *p;
 
   p = getRandom();
   for ( int i = 0; i < 10; i++ )
   {
       cout << "*(p + " << i << ") : ";
       cout << *(p + i) << endl;
   }
 
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

624723190
1468735695
807113585
976495677
613357504
1377296355
1530315259
1778906708
1820354158
667126415
*(p + 0) : 624723190
*(p + 1) : 1468735695
*(p + 2) : 807113585
*(p + 3) : 976495677
*(p + 4) : 613357504
*(p + 5) : 1377296355
*(p + 6) : 1530315259
*(p + 7) : 1778906708
*(p + 8) : 1820354158
*(p + 9) : 667126415