C++指针汇总

C++指针

概念	描述
C++ Null 指针	C++ 支持空指针。NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。
C++ 指针的算术运算	可以对指针进行四种算术运算：++、–、+、-
C++ 指针 vs 数组	指针和数组之间有着密切的关系。
C++ 指针数组	可以定义用来存储指针的数组。
C++ 指向指针的指针	C++ 允许指向指针的指针。
C++ 传递指针给函数	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。
C++ 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。

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。请看下面的实例，它将输出定义的变量地址：

实例

#include 
using namespace std;
int main()
{
    int  var1;
    char var2[10];

    cout << "var1 变量的地址： ";
    cout << &var1 << endl;

    cout << "var2 变量的地址： ";
    cout << &var2 << endl;

    return 0;
}

什么是指针

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。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;

在这里，type 是指针的基类型，它必须是一个有效的 C++ 数据类型，var-name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是，在这个语句中，星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明：

int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
char   *ch;    /* 一个字符型的指针 */

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。

C++ 中使用指针

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。下面的实例涉及到了这些操作：

#include 

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;
}

C++ 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。请看下面的程序：

#include 

using namespace std;

int main()
{
    int* ptr = NULL;

    cout << "ptr 的值是 " << ptr;

    return 0;
}

C++ 指针的算术运算

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 
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;
}

Address of var[0] = 00DFFE9C
Value of var[0] = 10
Address of var[1] = 00DFFEA0
Value of var[1] = 100
Address of var[2] = 00DFFEA4
Value of var[2] = 200

怎么理解ptr = &var[MAX];和ptr = var;??

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，如下所示：

#include 

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;
}

Address of var[3] = 006FF9D0
Value of var[3] = 200
Address of var[2] = 006FF9CC
Value of var[2] = 100
Address of var[1] = 006FF9C8
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。

下面的程序修改了上面的实例，只要变量指针所指向的地址小于或等于数组的最后一个元素的地址 &var[MAX - 1]，则把变量指针进行递增：

#include 
 
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;
}

C++ 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。

指针和数组并不是完全互换的。例如，请看下面的程序：

#include 

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。

C++指针数组

数组实例：

#include 
 
using namespace std;
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[MAX] = {10, 100, 200};
 
   for (int i = 0; i < MAX; i++)
   {
      cout << "Value of var[" << i << "] = ";
      cout << var[i] << endl;
   }
   return 0;
}

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：

数组指针：

#include 
 
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;
}

以上两例子都输出：

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

指向字符的指针数组来存储一个字符串列表:

#include 

using namespace std;
const int MAX = 3;

int main()
{
    const char* names[MAX] = {
                      "ZhangSan",
                      "LiSi",
                      "WangWu",
    };

    for (int i = 0; i < MAX; i++)
    {
        cout << "Value of names[" << i << "] = ";
        cout << names[i] << endl;
    }
    return 0;
}

Value of names[0] = ZhangSan
Value of names[1] = LiSi
Value of names[2] = WangWu

C++ 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 

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;
}

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

C++ 传递指针给函数

C++ 允许传递指针给函数，只需要简单地声明函数参数为指针类型即可。

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 
#include 
//#include 

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;
}

Number of seconds :1583842551

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 
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] = { 2020, 3,10, 20, 17 };
    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; //强转

    return avg;
}

Average value is: 414

C++ 从函数返回指针

类似地，C++ 允许从函数返回指针。为了做到这点，您必须声明一个返回指针的函数，如下所示：

int * myFunction()
{
.
.
.
}

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 
#include 
#include 

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;
}

2108
2751
12897
24685
4128
6510
8833
3517
6238
13425
*(p + 0) : 2108
*(p + 1) : 2751
*(p + 2) : 12897
*(p + 3) : 24685
*(p + 4) : 4128
*(p + 5) : 6510
*(p + 6) : 8833
*(p + 7) : 3517
*(p + 8) : 6238
*(p + 9) : 13425