C++从入门到精通

2.4 指针 2.4.1 内存和地址 可以将计算机中的内存比作一栋楼房，每间房屋能够存储数据，并由房间号确定标识。而计算机中的内存由数亿个位组成，一位能存储值0 和1，但是一位表示的范围有限，所以单独谈一位没有实际意义。一般来讲，使用多个位为一组构成一个单位，就可以存储较大范围的值。每一个单位为一个字节，它包含存储一个字符需要的位数。在目前的许多计算机中，一个字节由8 个位构成，能存储无符号值0~255。为了存储更大的值，我们把两个或多个字节合在一起，作为一个更大的内存单位。例如：许多计算机以字节为单位存储整数，每个字一般由2 个或4 个字节组成，即常用的int 等类型。假如记住一个值的存储地址，就可以按照此地址取得一个值。 2.4.2 指针变量 指针是一个数据在内存中的地址，指针变量就是存放地址的变量。在C 语言中，指针变量是保存变量的地址，我们可以访问指针变量保存的地址值。指针变量的值为数据的地址，包括数组、字符串、函数、普通变量等。例如：在一个char 类型的变量a 中，存储一个字符a，其ASCII 码为65，占用地址为0X11A 的内存。除此之外，还存在另一个指针变量p，其值也是0X11A。这种情况就称p 指向a，也可以说p 为指针变量a 的指针。 1. 定义指针变量 定义指针变量和定义普通变量大致相同，都是变量名前面加星号（*），格式如下： datatype *name; 或者 datatype *name=value; // 这里的“*”表示指针变量，“datatype”表示该指 针所指向的数据类型，value 为变量的地址值，通常情况下用取地址符获取变量地址 int a=10; int *p_a=&a; “p_a”是一个指向int 类型的指针变量，在定义指针变量“p_a”的同时对它进行 初始化，并将变量“a”的地址赋予它，此时“p_a”就指向了“a”。值得注意的是，“a” 前面必须要加取地址符（&），否则是错误的。 指针变量也可以连续定义，例如： int *a,*b,*c; //a、b、c 的类型都是int* 第2 章 数据类型、运算符和表达式 2. 通过指针变量取得数据 指针变量存储了数据的地址，通过指针变量能够获得该地址的数据，格式为： *pointer; 此处的“*”为指针运算符，用来取得某个地址上的数据，如例2.13 所示。 【例2.13】利用指针输出a 的值。 相应代码如下： #include int main() { int a=5; int *p=&a; printf ("%d,%d\n",a,*p); // 两种方法都输出a 的数值 return 0; } 程序运行结果为： 5, 5 知识点拨：假设“a”的地址是“0X1111”，“p”指向“a”后，“p”本身的值变为“0X1111”。“*p”表示获取地址“0X1111”的数据，即变量“a”的值。从运行结果看，“*p”和“&a”是等价的。 【例2.14】通过指针交换两个变量a、b 的值。 相应代码如下： #include int main() { int a=1,b=10,temp; int *pa=&a,*pb=&b; printf ("a=%d,b=%d\n",a,b); temp=*pa; // 将a 的值先保存起来 *pa=*pb; // 将b 的值交给a，将保存起来的a 值交换给b *pb=temp; // 将保存起来的a 值交换给b，结束交换 printf ("a=%d,b=%d\n",a,b); return 0; } 程序运行结果为： a=1, b=10 a=10, b=1 知识点拨：通过运行结果可以看出，a、b 的值已经发生了交换。需要注意的是临时变量“temp”的使用，执行“*pa=*pb;”语句后，“a”的值会被“b”的值覆盖。因此，如果不预先将“a”的值保存起来，之后“a”的值就会被覆盖。 3. 一维数组和指针 从本质上来说，一维数组元素也是一个变量，也有自己的地址，因此完全可以定义指向一维数组元素的指针。 例如： int a[10],*p,*q; p=&a[0]; q=&a[3]; 以下语句定义了一个指向一维数组的指针变量： int a[10],*p; p=a; 注意：在C 语言中，数组名即为数组的首地址。此外，在一个一维数组中，无论一个元素占用多少内存，如果一个指针“p”指向一维数组中的一个元素，那“p+1”总会指向数组中的下一个元素。 【例2.15】指针加减整数。 相应代码如下： #include int main() { int a[10],*p=&a[5]; // 定义数组，命名指针变量 printf ("p=%p\n",p); printf ("p+1=%p\n",p+1); // 对p 进行加操作 printf ("p-1=%p\n",p-1); // 对p 进行减操作 return 0; } 程序运行结果为： p=0019FF1C p+1=0019FF20 p-1=0019FF18 知识点拨：例2.15 中的程序定义了长度为10 的数组，然后命名了指针变量“*p”。对“p”进行加减操作，实际上改变了地址值。如果“a”是一个一维数组，那么“a+i”就是数组元素“a[i]”的地址（等价于“&a[i]”），而“a+i”就代表数组元素“a[i]”。如果“a”是一个一维数组，而指针变量“p”指向“a[0]”，那么“p+i”就是数组元素“a[i]”的地址，而“*(p+i)”就代表数组元素“a[i]”。 【例2.16】键盘输入10 个数并逆序输出。 相应代码如下： #include int main() { int a[10],*p=a,i; // 初始化数组 printf (" 输入10 个数: "); for(i=0;i=0;i--) printf("%2ld ",*(p+i)); // 等价于printf ("%d",a[i]) return 0; } 程序运行结果为： 输入10 个数: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 逆序后: 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 知识点拨：在例2.16 的程序中，为了访问不同的数组元素，改变的不是指针变量“p”的值，而是整型变量“i”的值。虽然“p”是一个指针变量而不是一个数组，但是C 语言允许将指针形式的“*(p+i)”表示为数组元素形式的“p[i]”，从而允许数组指针“p+i”表示为“&p[i]”。 4. 指针变量作为函数参数 在C 语言中，函数的参数不限于整型、实型或字符型等数据类型，也可以是指针类型。指针类型的函数参数意义为：将主调函数中的变量地址传递到被调函数中，从而实现变量的函数间接引用。 【例2.17】利用函数交换a、b 的值。 相应代码如下： #include void swap(int *m,int *n) // 定义交换函数 { int temp; temp=*m; // 等价于temp=m; *m=*n; // 等价于m=n; *n=temp; // 等价于n=temp; } int main() { int a,b; printf (" 输入两个整数: "); scanf("%d%d",&a,&b); printf (" 交换前: a=%d,b=%d\n",a,b); swap(&a,&b); printf (" 交换后: a=%d,b=%d\n",a,b); // 输出交换后的值 return 0; } 程序运行结果为： 输入两个整数: 3 5 交换前: a=3, b=5 交换后: a=5, b=3 知识点拨：在例2.17 的程序中，首先将主调函数中的局部变量的地址传递到被调函数中，之后在被调函数中对主调函数中的局部变量进行间接引用，这在实质上是一种跨函数的间接引用。关于函数的具体介绍参见第4 章。 2.4.3 动态内存的分配和管理 1. malloc 函数 函数声明：void *malloc(size_t Size) 所在文件：stdlib.h 参数：size_t Size（Size 表示要申请的字节数） 返回值：void *（ 成功则返回“指向申请空间的指针”，失败则返回NULL） 函数功能：申请Size 个字节的堆内存并返回内存空间首地址malloc 函数根据参数指定的尺寸来分配内存块，并且返回一个void 型指针，指向新分配的内存块的初始位置。如果内存分配失败（内存不足），则函数返回NULL。如分配100 个int 类型的空间： int* p=(int *) malloc ( sizeof (int) * 100 ); 2. free 函数 函数声明：void f ree(void *p) 所在文件：stdlib.h 参数：void *p( 指向堆内申请的合法空间) 返回值：void 功能：释放手动申请的堆内合法内存空间 例如： int* p=(int *) malloc(4); *p=100; f ree(p); // 释放 p 所指的内存空间 以下是关于malloc 和free 的使用例子： #include "stdio.h" #include "stdlib.h" #def ine SIZE 3 int main() { int *pt=NULL; // 使用malloc() 申请空间 pt=(int*)malloc(SIZE * sizeof (int)); // 判断是否申请成功，若申请失败，则提示退出 if (pt==NULL) { printf (" 内存未申请成功"); return 0; } for (int i=0; i “+”（单目）>“-”（单目）>“*”>“/”>“+”>“-”（关于运算符优先级详细介绍请见第2.6 节的内容）。只有单目运算符“+”“-”的结合性是从右到左的，其余运算符的结合性都是从左到右的，例如“(a+b)*c/a”的结果为6，而“d2=a+b*c/a”的结果为7。“a/c”结果为1.5，但是d3 类型为int 型，因此，结果为1。a 对c 取余的结果为1，因此，“a%c=1”。 2.5.3 关系运算符和表达式 关系运算符都是双目运算符，其结合性均为左结合。关系运算符的优先级低于算术运算符，高于赋值运算符。在6 个关系运算符中，“”“>=”的优先级相同，高于“==”和“!=”，“==”和“!=”的优先级相同。由关系运算符组成的式子为关系表达式，如“a>b”即为关系表达式。在C 语言中，同逻辑表达式一样，关系表达式的值也为逻辑值，即布（bool），取值为真或假。 注意：在C 语言中，“==”表示等于，而“=”表示赋值。如果要做判断，需要 使用“==”。 如语句： if (a==1) {…} 表示判断是否满足条件“a==1”，如果满足则进行{} 中的处理，是典型的判断语 句。但是，如果写成： if (a=1) {…} 则表示给“a”赋值为1。程序将不做判断，直接进行“{}”中的处理。初学C++ 时， 很容易混淆“==”和“=”，大家需要格外注意。 2.5.4 逻辑运算符和表达式 逻辑运算符主要有3 种：并且、或者和相反。 （1）并且：逻辑为与，操作符为“&&”，表示两者都成立。 （2）或者：逻辑为或，操作符为“||”，表示只要两个其中的一个条件成立即可。 （3）相反：逻辑为非，操作符为“!”，表示（如果）之前成立，现在就不成立；（如果）在之前不成立，那么现在就成立。 逻辑表达式的值与关系表达式的值一样，结果成立为1，不成立为0。在C 程序 里面，用0 表示不成立，用除0 之外的任何数表示成立。 逻辑运算符的优先级为“!”>“ &&”>“ ||”。 2.5.5 位运算符和表达式 位运算符主要有6 种：按位与（&）、按位或（|）、异或（^）、取反（~）、右移（>>）、左移（<<）。 1. 按位与运算符 按位与运算符（&）进行的是这样的算法：0&0=0，0&1=0，1&0=0，1&1=1。 【例2.19】利用按位与运算符输出结果。 相应代码如下： #include int main() { int a=4; int b=5; printf("%d",a&b); } 程序运行结果为： 4 知识点拨：a=4 的二进制表示a=(0100)2，b=5 的二进制表示b=(0101)2，a&b=(0100)2，换算成十进制数为4。 2. 按位或运算符 按位或运算符（|）进行的是这样的算法：0|0=0，0|1=1，1|0=1，1|1=1。 【例2.20】利用按位或运算符输出结果。 相应代码如下： #include int main() { int a=060; int b=017; printf ("%d",a|b); } 程序运行结果为： 63 知识点拨：在C 语言中，如果一个整型是以0 开头的，那么它就是一个八进制数。如果是以0x 开头的，那么它就是一个十六进制数。此处的a 和b 都是八进制数。如果换算成二级制数a=(0110000)2， b=(0001111)2。a|b=(0111111)2，换算成十进制数为63。 3. 异或运算符 异或运算符（^）进行的是这样的算法：0^0=0，0^1=1，1^0=1，1^1=0（相同为0，不同为1）。