C/C++ 语言系列（四）复合数据类型之指针、引用

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引用

引用是一个别名，也就是说，它是某个已存在变量的另一个名字。修改引用等同于修改被引用变量自身。

一个变量可以有多个引用。

声明引用

不存在空引用。声明引用的同时，必须初始化，否则报编译错误如下：

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int &ref;  // declaration of reference variable 'ref' requires an initializer

引用一旦初始化，就不能再指向另一个变量。修改引用等同于修改被引用变量本身。

指针

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。

声明指针

一元运算符 * 用于声明一个指针变量：

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bool   *bp;    // 声明一个布尔型的空指针
char   *ch;    // 声明一个字符型的空指针
int    *ip;    // 声明一个整型的空指针
double *dp;    // 声明声明一个 double 型的空指针
float  *fp;    // 声明一个浮点型的空指针
  • 可以声明空指针。
  • 除了常指针，其它指针可以在任何时间被初始化。
  • 所有指针的值的实际数据类型，不管是布尔型、字符型、整型、浮点型，还是其它的数据类型，都是一样的，其值都是一个代表内存地址的十六进制数。
  • 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，因此执行递增或递减时的步长不同。

获取指针大小

操作系统 指针变量的存储大小
32 bits 4 Bytes
64 bits 8 Bytes

本机为 64 位操作系统，验证如下：

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sizeof(bool*)  // 8
sizeof(char*)  // 8
sizeof(int*)    // 8
sizeof(float*)  // 8
sizeof(double*) // 8

指针的算数运算

可以对指针进行四种算术运算：++、--、+、-。运算后，指针保存新的地址。

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int a = 0;
int b = 1;
int * p = &a;

p = &b;
p += 1;
p -= 1;
p++;
p--;
++p;
--p;

重点考点

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// 常指针
int* const p = &a;

// 指向常量的指针
const int * p;

// 指向常量的常指针
const int * const p = &a;

常指针

顾名思义，指针本身是个常量，不能修改。

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int a = 0;
int b = 1;
int* const p = &a;

// 表达式必须是可修改的左值
// cannot assign to variable 'p' with const-qualified type 'int *const'
p = &b;
p += 1;
p -= 1;
p++;
p--;
++p;
--p;

常见的常指针，例如：

  • 数组名

指向常量的指针

顾名思义，指针指向的是常量，不能修改其值。

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int a = 0;
int b = 1;
const int * p = &a;

// 指针本身可以重新赋值
p = &b;

// 但不能修改指针指向的常量的值，否则报编译错误：
// 表达式必须是可修改的左值
// read-only variable is not assignable
*p += 1;
*p -= 1;
(*p)++;
(*p)--;
++(*p);
--(*p);

指向常量的常指针

结合了上述两种特性。

常见指针

字符串指针

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// 字符串指针（指向一个常量字符串，它被存放在程序的静态数据区，一旦定义就不能改变）
char * str = "hello world";

数组指针

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int arrayName[5] = {1, 2, 3, 4, 5};  // &arrayName = 0x7ffee7376620
int * p = arrayName;  // // 数组指针（Pointers to array，即指向数组中第一个元素的地址）

for (int i = 0; i < 5; i++)
{
  cout << p << endl;  // 0x7ffee7376620 0x7ffee7376624 0x7ffee7376628 0x7ffee737662c 0x7ffee7376630
  cout << *p++ << endl;  // 1 2 3 4 5
}

结构体指针

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product apple;
// 结构体指针（Pointers to struct）
product * p = &apple;
// The arrow operator (->) is a dereference operator that is used exclusively with pointers to objects that have members. This operator serves to access the member of an object directly from its address.
p->weight;
// equivalent to:
(*p).weight;

类指针

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Rectangle rect(3, 4);
// 类指针（Pointers to classes），主要用于多态性
Shape * p = &rect;

// member y of object x
rect.area();  // 12
// member y of object pointed to by x
p->area();    // 12
// equivalent to:
(*p).area();  // 12

引用与指针对比

常见问题，下列代码的区别？

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*p
&p
*&p
&*p

要解决这个问题，首先需要了解这两个运算符的区别：

在赋值运算符左侧 在赋值运算符右侧
* 表示声明指针 表示取值运算符
& 表示声明引用 表示取址运算符

代码示例如下：

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int a = 10;
int& b = a;
int* p = &a;

cout << "a = " << a << ", &a = " << &a << ", *&a = " << *&a << endl;
cout << "b = " << b << ", &b = " << &b << ", *&b = " << *&b << endl;
cout << "p = " << p << ", &p = " << &p << ", *p = " << *p << ", &*p = " << &*p << ", *&p = " << *&p << endl

输出结果如下：

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a = 10, &a = 0x7ffee483763c, *&a = 10
b = 10, &b = 0x7ffee483763c, *&b = 10
p = 0x7ffee483763c, &p = 0x7ffee4837628, *p = 10, &*p = 0x7ffee483763c, *&p = 0x7ffee483763c

总结如下：

指针变量 结果 描述
p 0x7ffee483763c 返回指针变量 p 保存的地址
*p 10 返回指针变量 p 保存的地址的实际值
&p 0x7ffee4837628 返回指针变量 p 自身的地址
&*p 0x7ffee483763c 返回指针变量 p 保存的地址的实际值的地址
*&p 0x7ffee483763c 返回指针变量 p 自身的地址的实际值

引用与指针的区别，如下图：

引用与指针对比

参考

http://www.cplusplus.com/doc/tutorial/pointers/

Difference between pointer and reference in C ?

C++ 中的参数传递方式：传值、传地址、传引用总结

32/64 位系统支持多大内存？