# 课堂笔记

# 指针的概念

指针是一种数据类型，指针与内存单元的地址密切相关。

# 内存单元

内存：由内存单元构成。

# 内存单元的地址和内容

内存单元的地址：指内存单元的编号
内存单元的内容：存放在内存单元中的数据

# 内存单元的直接与间接访问

如果我们有钥匙，则可直接打开会议室的门；如果我们没有钥匙，但知道钥匙存放的地点（如钥匙存放在 509 号办公室），那么我们会按照这个地址取出钥匙，同样可以打开会议室的门。这是一种直接访问和间接访问的思想。

在 C/C++ 语言中，每个变量都分配有确定的内存空间。
使用变量名可直接访问内存中的数据；
通过变量的地址也可间接访问内存中的数据。

# 地址与指针

定义一个变量，系统按变量类型为变量分配不同数目的内存单元，将其第一个内存单元的地址作为变量的地址。

如： int a;
a 变量的内存分配如下所示。

a 的地址为： 0X28FED8
使用变量名 a 可直接存取内存单元中的值。
如：

a=5; // 赋值操作

a+=a;

在 C/C++ 中，允许定义一种特殊变量，用于存放某变量的地址。

现假设变量 pta 中存放着整型变量 a 的地址。 pta=&a;
pta 与变量 a 之间的关联，形象地表示为： pta->a
读作： pta 指向 a 。
其中： -> 为指针示意符。

由此，我们说 pta 中存放的是指向变量 a 的指针。即 pta 是一个指针变量。

将存放 “地址” 的变量称为指针变量，这里的 “地址” 就是指针。
因此，变量的地址就是变量的指针。

# 指针类型的主要用途

1. 参数传递
   指针作参数可以实现参数按引用传递的功能。
2. 动态分配
   利用动态分配可构建动态数组，动态数组需要借助指针实现
3. 数据结构
   创建可伸缩的数据结构，如链表、棧与队列、树和图等。
4. 多态处理
   面向对象编程中 “运行多态性” 的处理是利用指针与引用实现的。

# 指针变量的使用

变量有地址，指针变量可以存放变量的地址。
当指针变量中存放某个变量的地址后，我们就说该指针变量指向这个变量。

# 定义指针变量

即给指针变量分配内存空间。

<数据类型> *<变量名>；

• * 是指针类型变量的标志符号。
• <变量名> 为指针变量名（构成同标识符）。
• <数据类型> 为指针变量所指向变量的数据类型。
• <数据类型> * 表示指针类型。

如：定义一个指向字符类型的指针变量 pch 。

char *pch; //pch 是一个字符型指针变量

注意：变量 pch 的数据类型为 char * ，而不是 char 。

# 初始化

1. 在定义指针变量的同时为指针变量提供初值。
   如： int a=5,*pta=&a;
   其中 a 的初值为 5， pta 的初值为整型变量 a 的地址。

这时，pta 与 a 的关联如下：

graph TD

	B[&a,指针变量pta]--> A[变量]

即，指针变量 pta 指向变量 a ， pta->a 。

2. 使用赋值语句为变量提供初始值
   上述定义语句： int a=5,*pta=&a;
   与下面语句组的功能是等效的。

int a,*pta; // 先定义变量

a=5; // 使用赋值语句提供初值

pta=&a; // 使用赋值语句提供初值

注意： pta=&a; 不可写成： *pta=&a;
因为， *pta 并不表示指针变量 pta ，而表示 pta 所指向的变量 a 。
指针变量与指针变量所指向的变量是两个完全不同的概念。

# 定义多个

double *p1,*p2;

定义 2 个双精度型的指针变量 p1 和 p2 ，它们只能指向 double 型变量。
变量 p1 和 p2 的类型为： double * 。
每个指针变量前必须有 * 字符。

# 单目运算符 & *

• & 取地址运算符

&<变量名> // 获取变量的内存单元地址

• * 指针运算符
  也称为间接访问运算符

// 表示该指针所指向的变量

*<指针变量名>

// 或

*<指针常量>

如果指针变量 pta 中存放着变量 a 的指针，则 *pta 表示 pta 所指向的变量即变量 a 。这是一种间接访问的表示。

int a=5,*pta=&a;

*pta=a+8;

cout<<a<<","<<*pta<<endl;

// 在这里，*pta 是表示 pta 所指的对象，即变量 a。

// *pta 等同于变量 a

// 输出结果：13,13

int a=5,*p=&a;

cout<<&a<<endl;//a 的地址 0x23fe4c

cout<<a<<endl;//a 的值 5

cout<<&p<<endl;//p 的地址 0x23fe40

cout<<p<<endl;//p 的值 0x23fe4c

cout<<*p<<endl;//p 所指变量的值 5

注意：

1. *p 与 *(&a) 等价，即就是 a 。
   p 是一个指针变量，而 &a 是一个指针常量。
2. 指针变量的值一定是 “地址”；指针变量所指对象的值不一定是 “地址”。

# 使用注意点

• 不要访问没有被初始化的指针变量。
  如：

int *p;

cin>>*p;

由于 p 变量未初始化， p 中可能存在一个不确定的单元地址，这时的输入将会改变原存储单元的值，造成结果混乱。

• 指针变量可以有空值，即该指针变量不指向任何变量。
  常用符号常量 NULL 表示空指针值，其实 NULL 代表的值是整数 0 。编译系统约定 0 号单元不存放有效数据。

# 函数与指针

一个函数在编译时被分配一个入口地址，这个入口地址就称为函数的指针。
在 C++ 中， 函数名代表函数的入口地址。

# 指针作函数的参数

实现地址传递

用途如下：

• 指针作函数参数，这时形参接受的是实参的地址。函数中通过对指针的间接访问实现参数的按 “引用传递” 功能。
• 设置多个指针参数可从函数中带回多个结果值。
• 对于传递一块连续的内存区域数据，传递首地址比传递数据值，不仅开销小而且效率高。

# 例子：地址传递

编写交换两个变量值的函数。

• 关键点描述：

// 实现交换的函数

void swap(int *xp, int *yp) // 形参为指针变量

{

	int t;

	t = *xp;

	*xp = *yp; // 交换时通过间接访问运算符

	*yp = t;

}

// 主函数

int main()

{

	int x=2,y=3;

	cout<<"调用前：x="<<x<<",y="<<y<<endl;

	swap(&x,&y); // 实参为变量的地址。

	cout<<"调用后：x="<<x<<",y="<<y<<endl;

	return 0;

}

# 例子：带回函数中的多个值

计算一维数组元素的平均值，并能带回数组中的最大值与最小值。

函数原型设计如下：

double faver(int s[],int n,int *max,int *min);

其中：

• s - 一维数组
• n - 数组中元素个数
• max - 指向最大值
• min - 指向最小值
• 将平均值作为函数的返回值

double faver(int s[],int n,int *max,int *min)

{

	// 变量定义及初始化

	double aver=s[0];

	*max=*min=s[0];

	for(int i=1;i<n;i++)

	{

		aver+=s[i];

		if(s[i]>*max)

		{

			*max=s[i];

		}

		if(s[i]<*min)

		{

			*min=s[i];

		}

	}

	return aver/n;

}

int main()

{

	int a[5]={80,89,67,76,98},max,min;

	double aver;

	aver=faver(a,5,&max,&min); // 调用函数

	cout<<"max="<<max<<"\n"<<"min="<<min<<endl;

	cout<<"aver="<<aver<<endl;

	return 0;

}

# 返回指针的函数

<类型> *<函数名>(<形式参数表>)

{

	<语句序列>

}

<类型> * - 为函数的返回值类型，是一个指针类型。

# 例子：返回字符串

编写函数，返回字符串中首次出现的非空格字符开始的字符串。
如： " using namespace std;" 返回 "using namespace std;"

// 返回字符指针的函数

char *noblank(char *str)

{

	while(*str==' ') {

		str++;

	}

	return str;

}

int main()

{

	char *s1=" using namespace std;", *s2;

	s2=noblank(s1);

	cout<<s2<<endl;

	return 0;

}

# 指向函数的指针变量

使用指向函数的指针变量可以存放函数的指针。

<函数返回值类型> (*<指针变量名>) (<形参类型表列>);

函数名就是函数的地址，也就是函数的指针。

例如：定义指向 double 型函数的指针变量，该函数有一个 double 型参数

double (*pf)( double );

pf=sqrt; //pf 指向一个平方根函数

这时，使用 *pf 可以调用该函数。

如：

cout<<(*pf)(2.0)<<endl; // 输出根号 2 的值，与下方表示式是等价的

cout<<sqrt(2.0)<<endl;

# 课堂讨论

1. C++ 中如何通过指针访问数据。可以结合生活中的例子，说明通过指针访问数据的优点。

指针就是变量在内存中的地址，直接通过访问指针来获取变量的值。
指针的优点：

1. 可以提高程序的编译效率和执行速度，使程序更加简洁。
2. 通过指针，被调用函数可以向调用函数处返回除正常的返回值之外的其他数据，从而实现两者间的双向通信。
3. 利用指针可以实现动态内存分配。

2. 请说明函数参数的指针传递 (地址传递) 和值传递的区别。

指针传递传入的是一个指向变量的指针，可以利用这个指针直接控制变量，而值传递只是传入了变量的值，是 “只读的”，不能利用传入的值改变变量的值。

3. 在函数的形参中使用指向函数的指针的好处是什么？

要传递一个很大的结构体或类对象，但是并不想在调用方法时额外申请一个对象的空间，此时可以使用指针来传递参数，此时函数内部可以通过指针访问该对象。
想在方法中修改某个输入参数的值时，此时需要借助于传址操作，传递要修改参数的指针给方法。
在实际应用中上面两个场景的目标在 C++ 中都可以使用引用来达成。

# 随堂练习

1. C++ 中的指针指的是 。

   • 存储单元的地址
   • 存在存储单元中数据
   • 名字叫 pointer 的变量
   • 变量名的别称

2. 若有声明语句 int a, *p=&a; ，则 *p=2015; 的意义是 。

   • 给指针变量 p 赋值
   • 设置指针变量 p 的地址
   • 相当于 p=p*2015;
   • 相当于 a=2015;

3. 下列哪句是指针变量的声明？

   • char s;
   • char *p;
   • *p=&s;
   • *p='a';

4. 当函数的形参是指向整型数的指针变量（如 int *p ）时，函数的实参应是 。

   • 整型变量
   • 整型常量
   • 整型表达式
   • 整型变量的地址

5. 一个函数，如果返回值是指针 ，那么这个指针应指向 。

   • 主调函数中的变量
   • 函数中的变量
   • 函数中的指针
   • 函数的形参

6. 下列哪项声明的是指向函数的指针？

   • char *p;
   • char a,char &p=a;
   • char (*p)(char *,char *);
   • char *p[10];