C++指針詳解

指針的概念

指針是一個特殊的變量，它裏面存儲的數值被解釋成爲內存裏的一個地址。要搞清一個指針須要搞清指針的四方面的內容：指針的類型，指針所指向的類型，指針的值或者叫指針所指向的內存區，還有指針自己所佔據的內存區。讓咱們分別說明。 

先聲明幾個指針放着作例子：  

例一：  

int *ptr;  
char *ptr; 
int **ptr; 
int (*ptr)[3]; 
int *(*ptr)[4]; 

指針的類型

從語法的角度看，你只要把指針聲明語句裏的指針名字去掉，剩下的部分就是這個指針的類型。這是指針自己所具備的類型。讓咱們看看例一中各個指針的類型：  

int *ptr; //指針的類型是int * 
char *ptr; //指針的類型是char * 
int **ptr; //指針的類型是 int ** 
int (*ptr)[3]; //指針的類型是 int(*)[3] 
int *(*ptr)[4]; //指針的類型是 int *(*)[4] 

怎麼樣？找出指針的類型的方法是否是很簡單？  

指針所指向的類型

當你經過指針來訪問指針所指向的內存區時，指針所指向的類型決定了編譯器將把那片內存區裏的內容當作什麼來看待。

從語法上看，你只須把指針聲明語句中的指針名字和名字左邊的指針聲明符*去掉，剩下的就是指針所指向的類型。例如：  

int *ptr; //指針所指向的類型是int 
char *ptr; //指針所指向的的類型是char 
int **ptr; //指針所指向的的類型是 int * 
int (*ptr)[3]; //指針所指向的的類型是 int()[3] 
int *(*ptr)[4]; //指針所指向的的類型是 int *()[4] 

在指針的算術運算中，指針所指向的類型有很大的做用。  

指針的類型(即指針自己的類型)和指針所指向的類型是兩個概念。當你對C愈來愈熟悉時，你會發現，把與指針攪和在一塊兒的「類型」這個概念分紅「指針的類型」和「指針所指向的類型」兩個概念，是精通指針的關鍵點之一。我看了很多書，發現有些寫得差的書中，就把指針的這兩個概念攪在一塊兒了，因此看起書來先後矛盾，越看越糊塗。

 指針的值

指針的值是指針自己存儲的數值，這個值將被編譯器看成一個地址，而不是一個通常的數值。在32位程序裏，全部類型的指針的值都是一個32位整數，由於32位程序裏內存地址全都是32位長。 

指針所指向的內存區就是從指針的值所表明的那個內存地址開始，長度爲sizeof(指針所指向的類型)的一片內存區。之後，咱們說一個指針的值是XX，就至關於說該指針指向了以XX爲首地址的一片內存區域；咱們說一個指針指向了某塊內存區域，就至關於說該指針的值是這塊內存區域的首地址。 

指針所指向的內存區和指針所指向的類型是兩個徹底不一樣的概念。在例一中，指針所指向的類型已經有了，但因爲指針還未初始化，因此它所指向的內存區是不存在的，或者說是無心義的。 

之後，每遇到一個指針，都應該問問：這個指針的類型是什麼？指針指向的類型是什麼？該指針指向了哪裏？  

指針自己所佔據的內存區

指針自己佔了多大的內存？你只要用函數sizeof(指針的類型)測一下就知道了。在32位平臺裏，指針自己佔據了4個字節的長度。

指針自己佔據的內存這個概念在判斷一個指針表達式是不是左值時頗有用。 　

指針的算術運算

指針能夠加上或減去一個整數。指針的這種運算的意義和一般的數值的加減運算的意義是不同的。例如：  
例二：  

 char a[20]; 
 int *ptr=a; 
... 
... 
 ptr++; 

在上例中，指針ptr的類型是int*,它指向的類型是int，它被初始化爲指向整形變量a。接下來的第3句中，指針ptr被加了1，編譯器是這樣處理的：它把指針ptr的值加上了sizeof(int)，在32位程序中，是被加上了4。因爲地址是用字節作單位的，故ptr所指向的地址由原來的變量a的地址向高地址方向增長了4個字節。
因爲char類型的長度是一個字節，因此，原來ptr是指向數組a的第0號單元開始的四個字節，此時指向了數組a中從第4號單元開始的四個字節。
咱們能夠用一個指針和一個循環來遍歷一個數組，看例子：  
例三：  

int array[20]; 
int *ptr=array; 
... 
//此處略去爲整型數組賦值的代碼。 
... 
for(i=0;i<20;i++) 
{ 
 (*ptr)++; 
 ptr++； 
} 

這個例子將整型數組中各個單元的值加1。因爲每次循環都將指針ptr加1，因此每次循環都能訪問數組的下一個單元。再看例子：  

例四：  

char a[20]; 
int *ptr = a; 
... 
... 
ptr += 5; 

在這個例子中，ptr被加上了5，編譯器是這樣處理的：將指針ptr的值加上5乘sizeof(int)，在32位程序中就是加上了5乘4=20。因爲地址的單位是字節，故如今的ptr所指向的地址比起加5後的ptr所指向的地址來講，向高地址方向移動了20個字節。在這個例子中，沒加5前的ptr指向數組a的第0號單元開始的四個字節，加5後，ptr已經指向了數組a的合法範圍以外了。雖然這種狀況在應用上會出問題，但在語法上倒是能夠的。這也體現出了指針的靈活性。 

若是上例中，ptr是被減去5，那麼處理過程大同小異，只不過ptr的值是被減去5乘sizeof(int)，新的ptr指向的地址將比原來的ptr所指向的地址向低地址方向移動了20個字節。 

總結一下，一個指針ptrold加上一個整數n後，結果是一個新的指針ptrnew，ptrnew的類型和ptrold的類型相同，ptrnew所指向的類型和ptrold所指向的類型也相同。ptrnew的值將比ptrold的值增長了n乘sizeof(ptrold所指向的類型)個字節。就是說，ptrnew所指向的內存區將比ptrold所指向的內存區向高地址方向移動了n乘sizeof(ptrold所指向的類型)個字節。一個指針ptrold減去一個整數n後，結果是一個新的指針ptrnew，ptrnew的類型和ptrold的類型相同，ptrnew所指向的類型和ptrold所指向的類型也相同。ptrnew的值將比ptrold的值減小了n乘sizeof(ptrold所指向的類型)個字節，就是說，ptrnew所指向的內存區將比ptrold所指向的內存區向低地址方向移動了n乘sizeof(ptrold所指向的類型)個字節。

運算符&和*

這裏&是取地址運算符，*是...書上叫作「間接運算符」。&a的運算結果是一個指針，指針的類型是a的類型加個*，指針所指向的類型是a的類型，指針所指向的地址嘛，那就是a的地址。*p的運算結果就五花八門了。總之*p的結果是p所指向的東西，這個東西有這些特色：它的類型是p指向的類型，它所佔用的地址是p所指向的地址。

例五：  

int a=12; 
int b; 
int *p; 
int **ptr; 
p=&a;//&a的結果是一個指針，類型是int*，指向的類型是int，指向的地址是a的地址。 
*p=24;//*p的結果，在這裏它的類型是int，它所佔用的地址是p所指向的地址，顯然，*p就是變量a。
ptr=&p;//&p的結果是個指針，該指針的類型是p的類型加個*，在這裏是int**。該指針所指向的類型是p的類型，這裏是int*。該指針所指向的地址就是指針p本身的地址。 
*ptr=&b;//*ptr是個指針，&b的結果也是個指針，且這兩個指針的類型和所指向的類型是同樣的，因此?amp;b來給*ptr賦值就是毫無問題的了。
**ptr=34;//*ptr的結果是ptr所指向的東西，在這裏是一個指針，對這個指針再作一次*運算，結果就是一個int類型的變量。

指針表達式

一個表達式的最後結果若是是一個指針，那麼這個表達式就叫指針表達式。下面是一些指針表達式的例子：  

例六：  

int a,b;  
int array[10]; 
int *pa; 
pa=&a;//&a是一個指針表達式。 
int **ptr=&pa;//&pa也是一個指針表達式。 
*ptr=&b;//*ptr和&b都是指針表達式。 
pa=array; 
pa++;//這也是指針表達式。

例七：  

char *arr[20]; 
char **parr=arr;//若是把arr看做指針的話，arr也是指針表達式 
char *str; 
str=*parr;//*parr是指針表達式 
str=*(parr+1);//*(parr+1)是指針表達式 
str=*(parr+2);//*(parr+2)是指針表達式 

因爲指針表達式的結果是一個指針，因此指針表達式也具備指針所具備的四個要素：指針的類型，指針所指向的類型，指針指向的內存區，指針自身佔據的內存。

好了，當一個指針表達式的結果指針已經明確地具備了指針自身佔據的內存的話，這個指針表達式就是一個左值，不然就不是一個左值。 在例七中，&a不是一個左值，由於它尚未佔據明確的內存。*ptr是一個左值，由於*ptr這個指針已經佔據了內存，其實*ptr就是指針pa，既然pa已經在內存中有了本身的位置，那麼*ptr固然也有了本身的位置。

數組和指針的關係

若是對聲明數組的語句不太明白的話，請參閱我前段時間貼出的文章<<如何理解c和c++的複雜類型聲明>>。 數組的數組名其實能夠看做一個指針。看下例：  

例八：  

int array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},value; 
... 
... 
value=array[0];//也可寫成：value=*array; 
value=array[3];//也可寫成：value=*(array+3); 
value=array[4];//也可寫成：value=*(array+4); 

上例中，通常而言數組名array表明數組自己，類型是int [10]，但若是把array看作指針的話，它指向數組的第0個單元，類型是int *，所指向的類型是數組單元的類型即int。所以*array等於0就一點也不奇怪了。同理，array+3是一個指向數組第3個單元的指針，因此*(array+3)等於3。其它依此類推。 

例九：  

char *str[3]={ 
"Hello,this is a sample!", 
"Hi,good morning.", 
"Hello world" 
}; 
char s[80]； 
strcpy(s,str[0]);//也可寫成strcpy(s,*str); 
strcpy(s,str[1]);//也可寫成strcpy(s,*(str+1)); 
strcpy(s,str[2]);//也可寫成strcpy(s,*(str+2)); 

上例中，str是一個三單元的數組，該數組的每一個單元都是一個指針，這些指針各指向一個字符串。把指針數組名str看成一個指針的話，它指向數組的第0號單元，它的類型是char**，它指向的類型是char *。

*str也是一個指針，它的類型是char*，它所指向的類型是char，它指向的地址是字符串"Hello,this is a sample!"的第一個字符的地址，即'H'的地址。 str+1也是一個指針，它指向數組的第1號單元，它的類型是char**，它指向的類型是char *。 

*(str+1)也是一個指針，它的類型是char*，它所指向的類型是char，它指向"Hi,good morning."的第一個字符'H'，等等。  

下面總結一下數組的數組名的問題。聲明瞭一個數組TYPE array[n]，則數組名稱array就有了兩重含義：第一，它表明整個數組，它的類型是TYPE [n]；第二，它是一個指針，該指針的類型是TYPE*，該指針指向的類型是TYPE，也就是數組單元的類型，該指針指向的內存區就是數組第0號單元，該指針本身佔有單獨的內存區，注意它和數組第0號單元佔據的內存區是不一樣的。該指針的值是不能修改的，即相似array++的表達式是錯誤的。 

在不一樣的表達式中數組名array能夠扮演不一樣的角色。  

在表達式sizeof(array)中，數組名array表明數組自己，故這時sizeof函數測出的是整個數組的大小。  

在表達式*array中，array扮演的是指針，所以這個表達式的結果就是數組第0號單元的值。sizeof(*array)測出的是數組單元的大小。  

表達式array+n（其中n=0，1，2，....。）中，array扮演的是指針，故array+n的結果是一個指針，它的類型是TYPE*，它指向的類型是TYPE，它指向數組第n號單元。故sizeof(array+n)測出的是指針類型的大小。 

例十：  

int array[10]; 
int (*ptr)[10]; 
ptr=&array; 

上例中ptr是一個指針，它的類型是int (*)[10]，他指向的類型是int [10]，咱們用整個數組的首地址來初始化它。在語句ptr=&array中，array表明數組自己。 

本節中提到了函數sizeof()，那麼我來問一問，sizeof(指針名稱)測出的到底是指針自身類型的大小呢仍是指針所指向的類型的大小？答案是前者。例如：

int (*ptr)[10]; 

則在32位程序中，有：  

sizeof(int(*)[10])==4 
sizeof(int [10])==40 
sizeof(ptr)==4 

實際上，sizeof(對象)測出的都是對象自身的類型的大小，而不是別的什麼類型的大小。 　

指針和結構類型的關係

能夠聲明一個指向結構類型對象的指針。  

例十一：  

struct MyStruct  
{  
int a; 
int b; 
int c; 
} 

MyStruct ss={20,30,40};//聲明告終構對象ss，並把ss的三個成員初始化爲20，30和40。
MyStruct *ptr=&ss;//聲明瞭一個指向結構對象ss的指針。它的類型是
MyStruct*,它指向的類型是MyStruct。
int *pstr=(int*)&ss;//聲明瞭一個指向結構對象ss的指針。可是它的類型和它指向的類型和ptr是不一樣的。

請問怎樣經過指針ptr來訪問ss的三個成員變量？  

答案：  

ptr->a;  
ptr->b;  
ptr->c;  

又請問怎樣經過指針pstr來訪問ss的三個成員變量？  
答案：  
 

*pstr；//訪問了ss的成員a。 
*(pstr+1);//訪問了ss的成員b。 
*(pstr+2)//訪問了ss的成員c。 

呵呵，雖然我在個人MSVC++6.0上調式過上述代碼，可是要知道，這樣使用pstr來訪問結構成員是不正規的，爲了說明爲何不正規，讓咱們看看怎樣經過指針來訪問數組的各個單元： 
例十二：  

int array[3]={35,56,37}; 
int *pa=array; 

經過指針pa訪問數組array的三個單元的方法是：  

*pa;//訪問了第0號單元 
*(pa+1);//訪問了第1號單元 
*(pa+2);//訪問了第2號單元 

從格式上看卻是與經過指針訪問結構成員的不正規方法的格式同樣。

全部的C/C++編譯器在排列數組的單元時，老是把各個數組單元存放在連續的存儲區裏，單元和單元之間沒有空隙。但在存放結構對象的各個成員時，在某種編譯環境下，可能會須要字對齊或雙字對齊或者是別的什麼對齊，須要在相鄰兩個成員之間加若干個「填充字節」，這就致使各個成員之間可能會有若干個字節的空隙。

因此，在例十二中，即便*pstr訪問到告終構對象ss的第一個成員變量a，也不能保證*(pstr+1)就必定能訪問到結構成員b。由於成員a和成員b之間可能會有若干填充字節，說不定*(pstr+1)就正好訪問到了這些填充字節呢。這也證實了指針的靈活性。要是你的目的就是想看看各個結構成員之間到底有沒有填充字節，嘿，這卻是個不錯的方法。 

經過指針訪問結構成員的正確方法應該是象例十二中使用指針ptr的方法。

指針和函數的關係

能夠把一個指針聲明成爲一個指向函數的指針。  

int fun1(char*,int); 
int (*pfun1)(char*,int); 
pfun1=fun1; 
.... 
.... 
int a=(*pfun1)("abcdefg",7);//經過函數指針調用函數。 

能夠把指針做爲函數的形參。在函數調用語句中，能夠用指針表達式來做爲實參。