【带头学C++】----- 三、指针章 ---- 3.11 补充重要指针知识

1.指针的指针(多级指针)

指针的指针(Pointer to Pointer)是指一个指向指针的指针变量。也就是说,它存储了一个指向指针的内存地址。在C++中,指针的指针可以用来传递多个指针参数,或者用于在函数内部动态分配内存,以及实现其他高级的指针应用。

指针的指针的一般形式如下:

datatype** pointer_name;

其中,datatype 是指针所指向的数据类型,pointer_name 是指向指针的指针变量的名称。

指针的指针可以使用以下方式进行声明和初始化:

int x = 10;
int* ptr = &x;
int** ptr_ptr = &ptr;

在上面的示例中,我们首先定义了一个整型变量 x,并将其赋值为10。然后,我们声明了一个整型指针 ptr,并将其初始化为 x 的地址。最后,我们声明了一个指向指针的指针变量 ptr_ptr,将其初始化为指向 ptr 的地址。

我们可以使用解引用运算符 * 和指针运算符 & 来访问和操作指针的指针。例如,以下代码演示了如何使用指针的指针来访问 x 变量的值:

std::cout << "x 的值为:" << **ptr_ptr << std::endl;

在上面的代码中,我们使用两个星号 ** 来解除指针的指针,并得到所指向的值。输出结果为:

x 的值为:10

指针的指针还可以用于函数参数传递,特别是在需要动态创建多个指针变量时。例如,可以使用指针的指针在函数内部动态创建二维数组:

void allocate(int**& arr, int row, int col) {
    arr = new int*[row];
    for (int i = 0; i < row; i++) {
        arr[i] = new int[col];
    }
}

int main() {
    int** arr;
    int row = 3, col = 4;
    allocate(arr, row, col);
    // 使用二维数组
    // ...
}

在上面的代码中,我们定义了一个指针的指针变量 arr,并将其传递给 allocate 函数。该函数使用指针的指针动态创建了一个二维数组,并将其赋值给 arr,以便在主函数中使用。

注意:n级指针变量可以保存 n-1级指针变量的地址

上面的实例里面我们想通过二级指针**q,来访问第0级也就是num的值,第一次*q时我们取到的值是一级指针变量p的地址,一级指针又指向了num(处于第0级,最底下的一级)。 注意:前提是一定要建立多级的指向的关系,如果没有指向的关系,则取多级指针也是非法的,不合理的。容易导致内存泄露或者空指针现象。

2.数组的指针(前面讲过数组指针指针数组

1.数组首元素的地址和数组首地址的概念

数组指针是指向数组的指针变量,可以通过指针运算和索引运算来访问和操作数组。

1.数组首元素地址 (非指针使用的普通一维数组,二维的需要另外再说)

数组首元素的地址指的是数组中第一个元素的内存地址。在C++中,数组名本身就表示数组的首地址,因此可以将数组名视为指向数组首元素的指针。

例如:

int arr[5] = {10,20,30,40,50};
cout<<"arr"<<arr<<endl;//此时跳过一个元素大小的字节长度
cout<<"arr+1"<<arr+1<<endl;

2.数组首地址:

数组首地址是指数组中第一个元素的内存地址。在C++中,数组名本身就指向数组的首地址。可以通过数组名来访问和操作数组的元素。

例如:

//arr数组元素的地址 +1 跳过一个元素
//&arr[0] +1  

int arr[5] = {10,20,30,40,50};
cout<<"arr"<<arr<<endl;//此时+1以后会跳过一个数组大小长度
cout<<"arr+1"<<arr+1<<endl;

2.数组指针的本质

数组指针本质是指针变量,保存的是数组的首地址

例如:

int (*p)[5] = NULL; //数组指针,*p看作一个整体,从右往左读
//它声明了一个指针变量 p,该指针指向一个包含 5 个 int 元素的数组。
//(*p) 表示指针 p 所指向的值(即指向的数组)。
//而 [5] 表示该数组的大小为 5。
//因此,int (*p)[5] 表示 p 是一个指向包含 5 个 int 元素的数组的指针。

int *p[5] = NUll; //指针数组    此时是  int  *  p[5]  左往右读 指针数组,
/*
[]优先级高,所有p先和[]结合

p:表示一个 数组(即数组名)
这个数组包含了 5 个元素,每一个元素都是一个 int * 类型的指针。

*p:表示这个数组中一个元素所指向的值(即指针所指向的变量),
这个值是一个 int 类型的变量。
*/

在下例中,数组 arr 的类型是 int[5],所以偏移量将会是 5 * sizeof(int),即 20 字节(假设 sizeof(int) 为 4 字节)。

因此,p+1 将会指向一个以 arr 数组大小为单位偏移的位置,即 &arr + 1。这相当于跳过了一个 arr 数组的大小。

上述数组指针可能会导致未定义行为,所以增加对arr数组的一个引用。并且引用的规则也是必须要求数组的大小和类型是匹配的,一致的。

下图示中,展示如何通过指针变量取访问数组的值,或者说是获取数组的某个元素的地址,达到我们操控数组的值的目的。

指针数组相当于是二维数组里面的一维数组, 最后可以转化为二维数组去表示,p[0][2]

指针数组案例分析:

    int arr[5] = {10,20,30,40,50};
    int (*p)[5] = &arr;
    cout << *((int *)(p+1)-2) <<endl; //40分析为啥是40

解析:

首先, (p+1) 表示指针 p 偏移了一个 arr 数组的大小,即指向了 arr 数组后面的一个数组。由于 p 是指向 int[5] 类型的数组指针,因此,这个偏移量是 5 * sizeof(int),即 20 字节。

然后,(int *)(p+1)(p+1) 的结果强制转换为 int* 类型指针。这时,编译器会将这个指针解释为以 int 类型为单位的偏移量。

最后,最外层的 *((int *)(p+1)-2) 表示取出 (p+1) 指向的位置往前偏移 2 个 int 单位的值。由于 arr 是一个 int[5] 类型的数组,每个 int 单位占用 4 字节,所以往前偏移 2 个 int 单位就是往前偏移了 (2*4) = 8 字节,即 20 - 8 = 12 字节。也就是说,这个表达式的结果指向了 &arr[3] 的位置,对应的值为 arr[3] 的值,即 40

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