C++（指针和高级指针）-上篇

【在指针中存储地址】

int *pAge=nullptr;   //将PAge声明为int指针，即用于存储int变量的地址

如果将指针初始化为0或者NUll，以后必须将变量的地址赋给它，如下例代码：

int howOld=;
int *pAge=nullptr;
pAge=&howOld;

【间接运算符（解除引用运算符）】

int howOld=;
int *pAge=nullptr;
pAge=&howOld;
int yourAge;
yourAge=*pAge;   //*表示存储在.....处的值。

【通过指针访问指针中存储的内容，指针存储的内容（地址）指向的值，和指针本身的地址】

int howOld=;
int *pAge=nullptr;
pAge=&howOld;
std::cout<<"the address of howOld"<<pAge<<std::endl;   //howOld的地址
std::cout<<"the value of howOld"<<*pAge<<std::endl;    //howOld的值
std::cout<<"the address of pAge"<<&pAge<<std::endl;    //pAge本身的地址

【为何使用指针】

指针最常用于完成如下三项任务。

1.管理堆中的数据

2.访问类的成员和成员函数。

3.按引用将变量传递给函数

【栈和堆】

程序员通常需要处理下述的5个内存区域

1.全局名称空间

2.堆

3.寄存器

4.代码空间

5.栈

局部变量和函数参数存储在栈中，

代码存储在代码空间中

全局变量在全局名称空间中。

寄存器用于内部管理，如跟踪栈顶和指令指针。

余下的几乎所有内存都分配给了堆。堆也被称为自由存储区

（每当函数返回时，都会清理栈，此时，所有局部变量都不在作用域内，从而从栈中删除，。

只有到程序结束后才会清理堆，因此使用完预留的内存后，你需要负责将其释放。让不再需要的信息留在堆中称为内存泄漏）

堆的优点在于，在显示释放前，你预留的内存始终可用。如果在函数中预留堆中的内存，在函数返回后，该内存仍可用。

【使用关键字new】

在C++中，要分配堆中的内存，可使用关键字new，并在它后面指定要为之分配内存对象的类型，让编译器知道需要多少个内存，例如，new unsigned short int从堆中分配2个字节内存，而new long 分配4字节内存。

关键字new 返回一个内存地址，必须将其赋给指针。要在堆中创建一个unsigned short ,可编写如下代码：

unsigned short int *pPointer;
pPointer=new unsigned short int;

当然也可在声明指针的时候初始化它：

unsigned short int *pPointer=new unsigned short int;

无论采取哪种方式，pPointer 都将指向堆中的一个unsigned short int.可像使用指向变量的指针那样使用它，将一个值存储到该内存区域：

*pPointer=;

如果不能从堆中分配内存（因为内存资源有限），将引发异常。

【使用关键字delete】

使用完分配的内存区域后，必须对指针调用delete，将内存归还给堆。别忘了，指针本身为局部变量，这不同于它指向的内存；当申明指针的函数返回时，指针将不再在作用域中，因此被丢弃。然而，使用new关键字分配的内存并不会自动释放，这些内存将不可用，这被称为内存泄露，因此程序结束前，内存不会归还给堆，就像内存从计算机中漏掉了。

要将内存归还给堆，可使用关键字delete,例如

delete pPointer

删除指针时，实际释放了其地址存储在指针中的内存，这被称为将指针指向的内存归还给堆。指针还是指针，可重新给它复制

对指针调用delete时，将释放它指向的内存。如果再次对该指针调用delete，这将导致程序崩溃！删除指针时，应将其设置为NULL，而对空指针调用delete是安全的。

Animal *pDog=new Animal;
delete pDog;     //free the memory
pDog=nullptr;     //sets pointer to null
delete pDog;       //harmless

以下程序Heap演示了如何给一个变量分配堆内存，然后使用并删除它，并再次使用指针

//Heap.cpp
#include<iostream>

int main()
{
   int localVariable=;
   int *pLocal=&localVariable;
   int *pHeap=new int;
   if(pHeap==nullptr)
   {
       std::cout<<"Error!No memory for pHeap!";
       return ;
   }
   *pHeap=;
   std::cout<<"localVariable: "<<localVariable<<std::endl;
   std::cout<<"*pLocal: "<<pLocal<<std::endl;
   std::cout<<"pHeap: "<<pHeap<<std::endl;
   delete pHeap;
   if(pHeap==nullptr)
   {
       std::cout<<"Error!No memory for pHeap!";
       return ;
   }
   *pHeap=;
   std::cout<<"pHeap: "<<pHeap<<std::endl;
   delete pHeap;
   return ;
}

程序输出如下：

localVariable:5

*pLocal:5

*pHeap:7

*pHeap:9

虽然最后调用delete pHeap是多余的（程序结束时，将自动归还内存），但是显式的释放内存是一个不错的主意，修改或扩展该程序时，这种操作将带来明显的好处

【避免内存泄漏】

第一种内存泄漏是由于：在函数返回值之前没有delete pPointer，当申明指针的函数返回时，指针将不再在作用域中，因此被丢弃。然而，使用new关键字分配的内存并不会自动释放，这些内存将不可用，这被称为内存泄露

另一种内存泄漏是因为：没有释放指针指向的内存就给他重新复制。例如下面的代码：

unsigned short int *pPointer=new unsigned short int;
*pPointer=;
pPointer=new unsigned short int;
*pPointer=;

这样会导致第一个内存区域（值为72）不可用.导致程序在结束之前都无法将其释放

正确的代码如下：

unsigned short int *pPointer=new unsigned short int;
*pPointer=;
delete pPointer
pPointer=new unsigned short int;
*pPointer=;

注意：程序中每个new 调用都必须有对应的delete调用，应跟踪哪个指针指向了内存区域，并使用完后将内存释放，这很重要。

【开发高级指针】

【在堆中创建对象】

定义了类型Cat后，便可以声明一个指向这种对象的指针，并在堆中实例化一个Cat对象，就像在栈中实例化一样，其语法与在堆中分配int相同

Cat *pCat=new Cat;

这将调用默认构造函数-不接受任何参数的构造函数。每当在堆中或栈中创建对象时，都将调用构造函数

【删除对象】

对指向堆中对象的指针调用delete时，将调用对象的析构函数，然后释放内存。这让类有机会执行清理工作，就像销毁栈中的对象一样。

【使用指针访问数据成员】

可以这样访问： （*pCat）.GetAge();

也可以这样访问：pCat->GetAge();

【堆中的数据成员】

类可能有一个或多个数据成员为指针，指向堆中的对象。可在构造函数或成员函数中分配内存，并在析构函数中释放内存，例如以下程序

 #include<iostream>

 class SimpleCat
 {
 public:
     SimpleCat();
     ~SimpleCat();
      int GetAge() const {return *itsAge;}
      void SetAge(int age){*itsAge=age;}

      int GetWeight() const {return *itsWeight;}
      void SetWeight(int weight){*itsWeight=weight;}

 private:
     int *itsAge;
     int *itsWeight;
 };

 SimpleCat::SimpleCat()
 {
     itsAge=new int();
     itsWeight=new int();
 }

 SimpleCat::~SimpleCat()
 {
     delete itsAge;
     delete itsWeight;
 }
 int main()
 {
     SimpleCat *Frisky=new SimpleCat;
     std::cout<<"Frisky is "<<Frisky->GetAge()<<" years old\n";
     Frisky->SetAge();
     std::cout<<"Frisky is "<<Frisky->GetAge()<<" years old\n";
     delete Frisky;
     system("pause");
     return ;
 }

第25~29行的析构函数释放分配的内存。在析构函数中，将nullptr赋给这些指针没有任何意义，因为他们将不可访问。对于已经删除的指针，应该将nullptr赋给它，但这是可违反这种规则的唯一地方，虽然遵守这种规则没有任何坏处

（调用方（这里指main（））不知道itsAge和itsWeight是指向堆内存的指针，它不断的调用GetAge()和SetAge()，而内存管理的细节隐藏在类中实现)。

this指针：

每个类成员函数都有一个隐藏的参数：this指针，它指向相应的对象。因此，每次调用GetAge（）或者SetAge（）时，都通过隐藏参数包含指向相应对象的this指针。

this指针指向其函数被调用的对象，通常不需要它，而只是调用函数并设置成员变量，但偶尔需要访问对象本身（可能旨在返回一个指向当前对象的指针），在这种情况下，this指针将很有用。（该指针将在后续讲到）

悬摆指针：

悬摆指针是导致讨厌且难以发现的bug的罪魁祸首之一！！！！

对指针调用delete（从而释放他指向的内存）后，如果没有重新赋值就使用它，将导致悬摆指针。

注意！！！：：：对指针调用delete后，千万不要使用它。改指针仍指向原来的内存区域。但编译器可能在这里存储了其他数据；使用该指针会导致程序崩溃。更糟糕的是，程序可能继续运行，但几分钟后崩溃了。所以出于安全考虑。删除指针后，应将其设置为nullptr，这便解除了它的武装。

const指针：

声明指针时，可在类型前，类型后或者两个使用const 。例如下面声明都合法

const int *pOne;
int * const pTwo;
const int * const pThree;

pOne是指向整型常量的指针，即使用该指针不能修改它指向的值。  例如 *pOne=5是非法的

pTwo是指向整型的常量指针，可修改指向的整型变量，但pTwo不能指向其他变量。不能给常量指针重新赋值，例如： pTwo=&x； 是非法的

pThree 是指向整型常量的常量指针，不能修改它指向的值，也不能让它指向其他的变量。

const指针和const成员函数

如果声明了一个指向常量对象的指针，那么使用该指针只能调用常量函数

#include<iostream>

class Rectangle
{
public:
    Rectangle();
    ~Rectangle();
    void SetLength(int length){itsLength=length;}
    int GetLength() const {return itsLength;}

    void SetWidth(int width){itsWidth=width;}
    int GetWidth() const {return itsWidth;}

private:
    int itsLength;
    int itsWidth;

};

Rectangle::Rectangle():itsLength(),itsWidth()
{
}

Rectangle::~Rectangle()
{
}
int main()
{
    Rectangle *pRect=new Rectangle;
    const Rectangle *pConstRect=new Rectangle;
    Rectangle * const pConstPtr=new Rectangle;

    std::cout<<"pRect width: "<<pRect->GetWidth()<<" feet\n";
    std::cout<<"pConstRect width: "<<pConstRect->GetWidth()<<" feet\n";
    std::cout<<"pConstPtr width: "<<pConstPtr->GetWidth()<<" feet\n";

    pRect->SetWidth();
    //pConstRect->SetWidth(10);
    pConstPtr->SetWidth();

    std::cout<<"pRect width: "<<pRect->GetWidth()<<" feet\n";
    std::cout<<"pConstRect width: "<<pConstRect->GetWidth()<<" feet\n";
    std::cout<<"pConstPtr width: "<<pConstPtr->GetWidth()<<" feet\n";
    system("pause");
    return ;
}

可以看到由于编译器不允许pConstRect调用SetWidth（）函数，只能注释掉才能运行。

运行结果如下所示：

pRect width: 5 feet
pConstRect width: 5 feet
pConstPtr width: 5 feet
pRect width: 10 feet
pConstRect width: 5 feet
pConstPtr width: 10 feet

总结：

1.指针可指向整型等简单数据类型，也可指向对象。

2.可在堆中创建对象，并将其删除。如果你声明了一个类，可声明指向其对象的指针，并在堆中实例化对象。

3.类的数据成员可以是指向堆中对象的指针。可以在类的构造函数或其他函数中分配内存，并在析构函数中将其释放。