C++

深入理解C++指针、引用及指针的指针

Posted by Surflyan on 2017-03-23

C++ 用了这么久，发现身边还是有同学不能理解 C++ 的指针、引用的本质，对指针的指针、指针的引用更是十分迷糊。现在让我们来理解一下它们吧！

1. 指针与引用

指针与引用都可以对对象进行直接的操作，通常作函数的参数传递或是函数返回的对象。

1.1 理解本质

指针，本质上是一个变量，指向一块内存空间，只不过该内存存放的是某个变量的地址。这就不难理解，指针可以改变指向，也就是存放别的变量的地址；也可以通过 * 解析所存地址，找到该变量，从而对其修改。
例：

 int *p= &a；

这时 p 存放的就是一个int型变量的地址。

引用，本质上是某个变量的别名，通过引用访问该变量，操纵的其实是同一块内存，同一个对象，因此 引用不能为空，若对象不存在，又怎会存在别名。
仔细看下面的例子：

int main()
{
    int a=0;
    int b=0;
    int *p;      //指针可以不初始化 ，它可以为空
    int &r=b;    //引用必须初始化

    p= &a;      //可在声明时直接初始化  int *p=&a

    (*p)++;      //注意括号

    cout<<"*p="<< *p <<endl;
    cout<<"a="<<a<<endl;             //修改同一对象

    cout<<"p="<<p<<endl;
    cout<<"&a="<<&a<<endl;           //p存放的就是a的地址吧

    cout<<"&p="<<&p<<endl;

    r++;
    cout <<"r="<<r<<endl;
    cout<<"b="<<b<<endl;

    cout<<"&r="<<&r<<endl;
    cout<<"&b="<<&b<<endl;           //二者指向地址一样吧
}

1.2 注意事项

指针： 指针可以为空，因此在访问指针指向内容之前需要进行判空。由于可以多个指针指向同一块内存区域，一旦通过某一指针释放了内存，会造成野指针的出现。对指针直接操作，改变的回事指针的指向，并非其所指向的内容。
引用： 引用必须初始化。引用不可改变指向。对引用操作，会改变引用指向的内容。

1.3 参数传递

指针传递参数和引用传递参数具有本质的不同。
如果你了解一点汇编语言或者函数调用原理的话，那么这块内容你应该一下就明白了。
在函数调用时，被调函数会在栈中开辟一块空间，按照从右到左将实参值保存在栈的最低端（其实还有主函数返回地址等其他要保存的数据，这里不详细赘述）。指针传递参数本质是 传值，只不过这里的值是实参的地址，这就给了你在被调函数中改变实参的可能。你可以将形参看作一个 新的指向实参的指针，所以你可以使用星号解析来在被调函数中改变实参的值，但是该形参指针也可以改变指向。

由于这样访问实参的内容，每次都要用星号来解析。c++ 给出了另一种解决方案-引用。
在引用传递参数中，栈中存放的也是实参的地址，被调函数中对引用形参的操作都会根据 间接寻址（汇编知识）来访问实参的内容，所以，对引用形参的操作都会反映到实参上。

仔细看例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int func(int *p_arg,int &r_arg)
{
    int a=5;

    cout<<"被调函数中："<<endl;

    cout<<"p_arg="<<p_arg<<endl;
    cout<<"*p_arg="<<*p_arg<<endl;

    cout<<"&r_arg="<<&r_arg<<endl;
    cout<<"r_arg="<<r_arg<<endl;

    p_arg= &a;

    cout<<"*p_arg="<<*p_arg<<endl;

    r_arg=5;

    return 0;
}

int main()
{
    int a=0;
    int b=0;

    cout<<"主函数中："<<endl;

    cout<<"&a="<<&a<<endl;
    cout<<"&b="<<&b<<endl;

     cout<<endl;
    func(&a,b);
    cout<<endl;
    cout<<"函数调用后："<<endl;
    cout<<"a="<<a<<endl;
    cout<<"b="<<b<<endl;

}

因此，对于引用参数的处理都会因间接寻址转到对主函数中实参的处理。
对于指针传递参数，只是相当于再生了一个指向 原实参指针指向地址的指针 ，故，你只能通过这个再生指针改变它指向的内容或者是它本身的指向。这时候和实参指针就已经失去了联系，你 无法改变实参指针指向 。要想改变实参指针的指向，就只能用下面将要介绍的指针的指针或者指针的引用。

1.4 返回指针、引用：

当函数返回一个值时，通常返回的都是这个值的临时对象，也就是一个值的拷贝。
当函数返回引用类型时，没有复制返回值，返回的是对象本身。
因此 注意:

  • 不要返回局部对象的引用！
  • 不要返回指向局部对象的指针！

当函数执行完毕时，将释放分配给局部对象的存储空间。此时对局部对象的引用就会指向不确定的内存！同样，返回局部变量的指针，当函数结束时，局部对象被释放，返回的指针就变成了不再存在的对象的悬垂指针。

到这里，如果还想加深对指针和引用的理解可以查阅 C++符号表 的相关知识。

2. 指针的指针和指针的引用

通过前面的理解，我们能意识到，现在还缺少一种能改变实参指针指向的手段。

2.1 指针的指针

不如首先来看一个例子：

int func(int **p_arg)
{
    cout<<"被调函数中："<<endl;
    cout<<"p_arg="<<p_arg<<endl;
    cout<<"*p_arg="<<*p_arg<<endl;
    cout<<"**p_arg=" <<**p_arg<<endl;

    **p_arg=5;          // 改变实参指向内容的值
     *p_arg=new int ;          // 改变实参的指向， new 的对象不随子函数的结束而销毁
    return 0;
}
int main()
{
    int a=0;
    int *p=&a;
    cout<<"主函数中："<<endl;

    cout<<"&a="<<&a<<endl;
    cout<<endl;

    func(&p);

    cout<<endl;
    cout<<"函数调用后："<<endl;

    cout<<"*p="<<*p<<endl;
    cout<<"p="<<p<<endl;
    cout<<"a="<<a<<endl;


}

首先我们需要先明白这三种形式在被调函数中代表什么：
p_arg: 是一个指向指针的指针,里面存的是 *p的地址;
*p_arg: 就是实参，一个指向变量 a 的指针，修改它，就可以修改实参指针的指向;
**p_arg: 是实参指向的内容，即 a的值。

2.2 指针的引用

同样，看例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int func(int *&p_arg)
{
    cout<<"被调函数中："<<endl;
    cout<<"p_arg="<<p_arg<<endl;
    cout<<"*p_arg="<<*p_arg<<endl;

     *p_arg=5;                 // 改变实参指向内容的值

     p_arg=new int ;          // 改变实参的指向， new 的对象不随子函数的结束而销毁

    return 0;
}
int main()
{
    int a=0;
    int *p=&a;
    cout<<"主函数中："<<endl;

    cout<<"&(*p)="<<&(*p)<<endl;
    cout<<endl;

    func(p);

    cout<<endl;
    cout<<"函数调用后："<<endl;

    cout<<"*p="<<*p<<endl;
    cout<<"a="<<a<<endl;

    cout<<"p="<<p<<endl;

}

需要明白下面两种形式在被调函数中代表的意义：
p_arg： 是指针的引用，主函数里的 *p；
*p_arg : 实参的内容，即主函数中a 和 *p的值。

首先从名称上来理解，指针 的 引用, 既然是引用， 那么它就是一个别名，是一个指针的别名，这就说明它本质上还是一个指针，所以在函数内它还是和指针一样的用法。只不过这个指针改变指向会影响实参指针的指向。
而 *解析得到的还是内容。

参考：

  1. 详解C++指针的指针以及指针的引用

请多多指教 ！

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