復(fù)雜數(shù)據(jù)及運(yùn)算—指針

1、C+教程第四章 復(fù)雜數(shù)據(jù)及運(yùn)算清華大學(xué) 鄭 莉4.2指針 為了操作地址！一點忠告！ C/C+可以直接操作內(nèi)存地址。 指針就是為了地址操作而存在的。 指針是復(fù)雜又容易出錯的。 在不是必須不是必須使用指針的場合，不推薦用指針。 我們學(xué)習(xí)指針不是為了到處用指針，而是在需要用的時候使用。 我們自己寫程序的時候，在確保程序?qū)崿F(xiàn)功能的在確保程序?qū)崿F(xiàn)功能的前提下，前提下，代碼是越簡單越好，而不是技巧越多，越復(fù)雜越好！本節(jié)的學(xué)習(xí) 本節(jié)除了動態(tài)內(nèi)存分配，其余所有程序例題，其實都可以不需要指針。 只所以用指針是為了幫助我們理解指針的用法。 本節(jié)的學(xué)習(xí)，一定要了解一點內(nèi)存的知識。 內(nèi)存單元的地址 C+各種基本數(shù)據(jù)類

2、型的長度（字節(jié)）4.2.1 數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址 內(nèi)存空間的訪問方式 通過變量名訪問通過變量名訪問 通過地址訪問通過地址訪問5程序中: int i; 內(nèi)存中每個字節(jié)有一個編號-地址地址.20012002內(nèi)存0 i 編譯或函數(shù)調(diào)用時為其分配內(nèi)存單元變量是對程序中數(shù)據(jù)存儲空間的抽象變量與地址2000如何獲得變量的地址 地址運(yùn)算 取地址運(yùn)算符：& 數(shù)組的起始地址 數(shù)組名字既是數(shù)組的起始地址，因此數(shù)組名是地址常量。7例4-5：觀察變量在內(nèi)存中的地址#includeusing namespace std;int main()int intVal=1;double dVal=2.0;int inta

3、rray3=0,1,2;cout&intVal:intValendl;cout&dVal:dValendl;coutintarray:endl;cout&intarray0:intarray0endl;return 0;84.2 數(shù)組4.2.1數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：0013FF7C:10013FF74:20013FF68:0013FF68:0例4-5（續(xù)）4.2 數(shù)組4.2.1數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址對例4_5的分析：如何獲得變量的地址1intVal地址：&intVal2dVal地址：&dVal102intArray intArray是數(shù)組名，

4、代表的是數(shù)組的起始地址，也就是第一個元素的地址。 intArrayi，用下標(biāo)法訪問數(shù)組的元素。 intArray0是數(shù)組的第一個元素，該元素的地址是&intArray0。 所以intArray， &intArray0，所存放的地址是一樣的。&intArray0 一旦定義了一個數(shù)組，數(shù)組名存放的就是數(shù)組的起始地址，也就是一個地址類型的數(shù)據(jù)。 在生存期內(nèi)，整個數(shù)組在內(nèi)存中的所占用的存儲空間是不變的，地址是不變的，所以數(shù)組名是一個地址類型的常量常量。對一維數(shù)組的再探討 一維數(shù)組有個關(guān)鍵問題：下標(biāo)不可以越界。但是下標(biāo)不可以越界。但是如果越界編譯器并不能檢查出錯誤。如果越界編譯器

5、并不能檢查出錯誤。 從地址的角度來考慮這個問題。102intArray&intArray0&intArray1&intArray2&intArray3超出數(shù)組范圍可能對其他數(shù)據(jù)產(chǎn)生破壞例4-6：觀察一維數(shù)組在內(nèi)存中的存儲#include #include using namespace std;const int size=5; int main() int arraysize; int i;for (i=0; isize; i+) arrayi=i;for (i=0; isize; i+) coutsetw(10)arrayi;coutendl;for (i=

6、0; isize; i+) coutsetw(10)&arrayi;coutendl; cout&array5: &array5endl; 144.2 數(shù)組4.2.1數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果： 0 1 2 3 4 0012FF6C 0012FF70 0012FF74 0012FF78 0012FF7C &array5: 0012FF80例4-6（續(xù)）對例4_6的分析 通過本例的輸出，可以看出數(shù)組元素是順序存儲的。 &array5，其實已經(jīng)不是array數(shù)組中的元素的地址了。 增加語句：array5=100; 在編譯時不會出現(xiàn)錯誤信息； 運(yùn)行后

7、得到的錯誤信息，是操作系統(tǒng)發(fā)出的。例4-7：觀察多維數(shù)組在內(nèi)存中的存儲#include #include using namespace std;const int nrow=3;const int ncol=2; int main() int arraynrowncol; int i;for (i=0; inrow; i+) for (int j=0; jncol; j+) arrayij=i+j;for ( i=0; inrow; i+) for (int j=0; jncol; j+) coutsetw(3)arrayijsetw(10)&arrayij;coutendl;174

8、.2 數(shù)組4.2.1數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果： 0 0012FF68 1 0012FF6C 1 0012FF70 2 0012FF74 2 0012FF78 3 0012FF7C例4-7（續(xù)）4.2 數(shù)組4.2.1數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址對例4_7的分析 通過本例的輸出，可以看出多維數(shù)組元素是按行存儲的。二維數(shù)組在內(nèi)存中的存儲 占據(jù)一片連續(xù)存儲區(qū) int a43a00 a01 a02a10 a11 a12a20 a21 a22a30 a31 a32按行存放按行存放第第0 行行a00a01a02a10a11a12第第 1 行行a30a31a32第第 3 行行.內(nèi)存內(nèi)存4.2.1 結(jié)束語 這

9、個部分通過3個例子，展示了數(shù)據(jù)在內(nèi)存中如何存放，特別強(qiáng)調(diào)了數(shù)組的存放。 普通變量：用取地址運(yùn)算符&獲得地址。 數(shù)組：數(shù)組名就是數(shù)組的起始地址。 那么，地址取出來做什么？剛學(xué)過的3個例子中，地址取出來只是做了輸出。 問題1：為什么要使用地址？ 問題2：如何使用地址？問題1：為什么要使用地址？在C+中，除了用變量名，還可以直接使用地址來訪問內(nèi)存單元。這樣做的原因：1 有些場合更高效2 動態(tài)分配內(nèi)存時必須用地址訪問3 有效的表示復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。問題2：如何使用地址？ 用于存放地址的變量就是指針類型的變量。4.2.2 指針及指針運(yùn)算定義指針 * Name; T為類型，表示指針?biāo)笇ο蟮念愋停?*

10、表示此變量類型為指/針； Name為定義指針的名稱。指針變量賦初值 1. 在聲明指針的同時進(jìn)行初始化賦值； 2. 在聲明之后，使用賦值表達(dá)式語句為指針賦值。244.2 數(shù)組程序中: int i; 內(nèi)存中每個字節(jié)有一個編號-地址地址.20012002內(nèi)存0 i 編譯或函數(shù)調(diào)用時為其分配內(nèi)存單元變量是對程序中數(shù)據(jù)存儲空間的抽象1 變量與地址2000.2000整型變量i10變量i_pointer2004v指針：一個變量的地址。v指針變量：專門用來存放地址的變量叫指針變量，它的值也可以是數(shù)組或函數(shù)的地址 。2000指針指針變量 變量的內(nèi)容 變量的地址2. 指針與指針變量.1. 指針變量與其所指向的變量

11、之間的關(guān)系2. 指針變量的定義v一般形式： 數(shù)據(jù)類型 *指針名；3變量i2000i_pointer*i_pointeri*i_pointer&ii_pointeri=3;*i_pointer=3合法標(biāo)識符指針的目標(biāo)變量的數(shù)據(jù)類型表示定義指針變量不是乘法運(yùn)算符*例 int *p1,*p2; float *q ; char *name;注意：1、int *p1, *p2; 與 int *p1, p2;不一樣。2、指針變量名是p1,p2 ,不是*p1,*p2。3、指針變量只能指向定義時所規(guī)定類型的變量。4、指針變量定義后，變量值不確定，應(yīng)用前必須先賦值。3. 指針變量的定義含義: 取變量的地

12、址單目運(yùn)算符結(jié)合性:自右向左含義: 從某個地址中獲取數(shù)據(jù)單目運(yùn)算符結(jié)合性:自右向左兩者關(guān)系：互為逆運(yùn)算4. 取地址運(yùn)算符&與指針運(yùn)算符* *.20002010整型變量i10變量i_pointer20042000指針變量i_pointer-指針變量，它的內(nèi)容是地址量20002000*i_pointer-指針的目標(biāo)變量i，它的內(nèi)容是數(shù)據(jù)10&i_pointer-指針變量占用內(nèi)存的地址：20102010i_pointer &i &(*i_pointer)i *i_pointer *(&i)指針運(yùn)算符示例=.例 main( ) int i=10; int *p;

13、 *p=i; cout*p; 不可不可以危以危險！險！例 main( ) int i=10,k; int *p; p=&k; *p=i; cout*p; .20002010整型變量i10指針變量p2004隨機(jī)值5. 指針變量必須先賦值,再使用！.空指針：v定義:指針變量值為零 例如： int * p=0; p指向地址為0的內(nèi)存單元；系統(tǒng)保證該單元不作它用；表示指針變量的值沒有意義。lP為空指針與未對p賦值不同u避免指針變量的非法引用6. 空指針例4-8：定義指針并通過指針訪問變量#include using namespace std; int main() int num(23);i

14、nt* P_num=0;P_num=# coutthe integer is: numendl;coutthe number that is pointed to is: *P_numendl;coutthe address of the number is: P_numendl;324.2 數(shù)組4.2.2指針及指針運(yùn)算運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：the integer is: 23the number that is pointed to is: 23the address of the number is: 0012FF7C例4-8（續(xù)）4.2 數(shù)組4.2.2指針及指針運(yùn)算對例4_

15、8的分析 通過本例的，學(xué)習(xí) 定義指針 給指針賦值 使用指針 空指針指針初始化 int* P_num=0; P_num=# 先定義指針，再賦值 int* P_num=# 定義指針同時初始化將地址值賦給指針變量例 int i; int *p=&i;變量必須已說明過；并要求兩者類型一致。例 int *p=&i; int i;例 int i; int *p=&i; int *q=p;用已初始化指針變量作初值一般形式： 數(shù)據(jù)類型 *指針名=初始地址值；7. 指針變量的初始化例 i=3; -直接訪問指針變量.20002010整型變量i10變量i_po

16、inter200420003例 *i_pointer=20; -間接訪問20v 直接訪問v 間接訪問8. 直接訪問與間接訪問.9.對指針變量的操作C+語言程序設(shè)計清華大學(xué) 鄭莉指針變量的算術(shù)運(yùn)算指針變量的算術(shù)運(yùn)算l指針與整數(shù)的加減運(yùn)算指針與整數(shù)的加減運(yùn)算指針p加上或減去n，其意義是指針當(dāng)前指向位置的前方或后方第n個數(shù)據(jù)的地址。這種運(yùn)算的結(jié)果值取決于指針指向的數(shù)據(jù)類型。l指針加一，減一運(yùn)算指針加一，減一運(yùn)算指向下一個或前一個數(shù)據(jù)。例如：y=*p+ 相當(dāng)于 y=*(p+) 指 針p-1pp+1p+2*(p-1)或者p-1*p或者p-0*(p+1)或者p1*(p+2)或者p2intint * *p;

17、p;40C+語言程序設(shè)計清華大學(xué) 鄭莉注意：注意：l指針做算術(shù)運(yùn)算指針做算術(shù)運(yùn)算l有意義的場合：訪問連續(xù)數(shù)據(jù)序列，有意義的場合：訪問連續(xù)數(shù)據(jù)序列，例如數(shù)組。例如數(shù)組。l其他情況不要用，不僅沒意義，還容其他情況不要用，不僅沒意義，還容易帶來危險操作。易帶來危險操作。C+語言程序設(shè)計清華大學(xué) 鄭莉l關(guān)系運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算指向相同類型數(shù)據(jù)的指針之間可以進(jìn)行各種關(guān)系運(yùn)算。指向不同數(shù)據(jù)類型的指針，以及指針與一般指向不同數(shù)據(jù)類型的指針，以及指針與一般整數(shù)變量之間的關(guān)系運(yùn)算是無意義的。整數(shù)變量之間的關(guān)系運(yùn)算是無意義的。指針可以和零之間進(jìn)行等于或不等于的關(guān)系運(yùn)算。例如：p=0或p!=0，判斷是否為空指針l賦值運(yùn)算賦

18、值運(yùn)算向指針變量賦的值必須是地址常量或變量地址常量或變量，不能是普通整數(shù)不能是普通整數(shù)。但可以賦值為整數(shù)0，表示空指針。例4-9：通過指針訪問有序的批量數(shù)據(jù)#include #include using namespace std;const int size=6; int main() int arraysize=2,4,13,7,9,21;int *P_array=array;coutthe sequence is:endl;while (P_array array+size) coutsetw(4)*P_array;P_array+;coutendl;P_array=array;cout

19、the forth number of the sequence is: endl;cout*(P_array+3)endl;return 0;434.2 數(shù)組4.2.2指針及指針運(yùn)算運(yùn)行結(jié)果：運(yùn)行結(jié)果：the sequence is: 2 4 13 7 9 21the forth number of the sequence is:7例4-9（續(xù)）4.2 數(shù)組4.2.2指針及指針運(yùn)算對例4_9的分析 指針可以和整數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算，運(yùn)算規(guī)則比較特殊。 指針加減運(yùn)算的結(jié)果與指針類型密切相關(guān)。 指針加1的效果是使指針指向下一個完整數(shù)據(jù)的起始地址。 利用指針的這個特性，通過指針的不斷增值，依次順序訪問

20、有序的批量數(shù)據(jù)。指針的算術(shù)運(yùn)算 一般來講，指針的算術(shù)運(yùn)算是和數(shù)組的使用相聯(lián)系的，因為只有在使用數(shù)組時，才會得到連續(xù)分布的可操作內(nèi)存空間。 常用的比較運(yùn)算： 如果兩個同類型的指針相等，表示這兩個指針是指向同一個地址的。 如果一個指針等于0，表示這個指針是空指針。C+語言程序設(shè)計清華大學(xué) 鄭莉指向數(shù)組元素的指針指向數(shù)組元素的指針l聲明與賦值聲明與賦值例：int a10, *pa; pa=&a0; 或 pa=a;l通過指針引用數(shù)組元素通過指針引用數(shù)組元素經(jīng)過上述聲明及賦值后：*pa就是a0，*(pa+1)就是a1，. ，*(pa+i)就是ai.ai, *(pa+i), *(a+i), pai

21、都是等效的。不能寫不能寫 a+a+，因為因為a a是數(shù)組首地址是常量。是數(shù)組首地址是常量。 指 針C+語言程序設(shè)計清華大學(xué) 鄭莉為什么用指針處理數(shù)組為什么用指針處理數(shù)組l與后面要學(xué)習(xí)的動態(tài)內(nèi)存分配數(shù)組有與后面要學(xué)習(xí)的動態(tài)內(nèi)存分配數(shù)組有關(guān)。關(guān)。l下面的例子，用了三種方法，對比，下面的例子，用了三種方法，對比，大家可以發(fā)現(xiàn)：大家可以發(fā)現(xiàn)： 完成了同樣的功能，使用指針也并沒有更方便。l包括例包括例4_9，完全可以不用指針，大，完全可以不用指針，大家思考如果不用指針，此題怎么寫。家思考如果不用指針，此題怎么寫。C+語言程序設(shè)計清華大學(xué) 鄭莉設(shè)有一個設(shè)有一個int型數(shù)組型數(shù)組a，有有10個元素。用個元素

22、。用三種方法輸出各元素：三種方法輸出各元素： 使用數(shù)組名和下標(biāo) 使用數(shù)組名和指針運(yùn)算 使用指針變量 指 針intint main() main() int a10; int a10; int i; int i; for(i=0; i10; i+) for(i=0; iai;ai; coutcoutendlendl; ; for(i=0; i10; i+) for(i=0; i10; i+) coutcoutaiai; ; 使用數(shù)組名和下標(biāo)使用數(shù)組名和下標(biāo)51intint main() main() int a10; int a10; int i; int i; for(i=0; i10; i+

23、) for(i=0; iai;ai; coutcoutendlendl; ; for(i=0; i10; i+) for(i=0; i10; i+) coutcout* *(a+i)(a+i); ; 使用數(shù)組名指針運(yùn)算使用數(shù)組名指針運(yùn)算52使用指針變量使用指針變量intint main() main() int a10; int a10; int int * *p,ip,i； for(i=0; i10; i+)for(i=0; iai;ai; coutcoutendlendl; ; for(p=a; p(a+10); p+) for(p=a; p(a+10); p+) coutcout* *p

24、 p; ; 53動態(tài)分配與釋放內(nèi)存空間 以靜態(tài)方式定義的數(shù)組，其大小必須定義好，而且不可改變大小。 在運(yùn)行時動態(tài)分配內(nèi)存空間，一旦空間不再被使用，應(yīng)該在程序中及時釋放。 但是動態(tài)分配的內(nèi)存空間，不可以命名，也就不能通過變量名來訪問了，只能使用地址操作。4.2.2 指針及指針運(yùn)算（續(xù)）內(nèi)存的動態(tài)分配 動態(tài)分配單個變量的語法形式為：new T(初值列表)； 動態(tài)分配一維數(shù)組的語法形式為：new T元素個數(shù)；內(nèi)存的動態(tài)釋放 釋放單個變量空間的語法形式為：delete 指針名； 釋放動態(tài)數(shù)組空間的語法形式為：delete 指針名；554.2 數(shù)組運(yùn)算結(jié)果是為新分配空間的起始地址例4-10：實現(xiàn)一個在運(yùn)行時確定大小的一維數(shù)組#include #include using namespace std; int main() int size;coutplease enter the number of the sequence: si