彻底理解C++指针

目录

目录 1

1. 概念 1

1.1. 双指针 1

1.2. 指针数组 1

1.3. 数组指针 1

1.4. 常见指针定义解读 1

2. 区别 2

3. 兼容性 2

4. 为何列数须相等？ 2

5. “1”的含义 3

6. 回归本质 3

7. “*”和“[]” 7

1. 概念

1.1. 双指针

指向一个指针的指针。

1.2. 指针数组

由指针值组成的数组，也就是说数组的每个元素值的数据类型均为指针类型，如：int* p[2];

1.3. 数组指针

指向一个数组的指针。

1.4. 常见指针定义解读

int *p;	p为指向int值的指针，也可以说是指向一维数组的指针，假如有一个一维数组：int m[8]，则可：p = m;
int *p[8];	p为一个一维数组，数组元素为int*类型，它和数组int p[8]都是同一类型，只不过一个元素类型为int*，一个是int
int (*p)[8];	p为一个指向二维数据的指针，数组元素为int类型，假如有二维数据：int m[1][8]，则可：p = m;
int (*p)();	p为一个指向函数的指针，假设有一个函数：int foo()，则可：p = foo;

下面两个了？

int (**pa)[8];

int (**pb)();

不用怕，只是多了个*，也就是指向指针的指针。假设有：int m[1][8]; int (*p)[8] = m;，则：pa = &p。

2. 区别

		行数	列数	说明
int** p1;	双指针	不固定	不固定	列数和行数都不确定，而且每行可以列数不等。
int* p2[3];	指针数组	固定	不固定	共3行，每行多少列不确定，而且每行可以列数不等。
int (*p3)[3];	数组指针	不固定	固定	共3列，多少行不确定。

3. 兼容性

int** p1;

int* p2[3];

int (*p3)[3];

int p4[2][3];

int p5[3];

// 兼容性

p1 = p2;

p3 = p4;

p3 = &p5; // p5的列数必须和p3的列数相同

p1 = p2; // 两者列数均不确定，可兼容

“列数相等”或“列数不确定”是兼容的提前条件，如上述的p3、p4和p5三者的列数均相同。

4. 为何列数须相等？

指针支持加减操作，比如：

int m[3][3];

int (*pm)[3] = m + 1;

上述第二行的m是指二维数组“int m[3][3];”在内存中的首地址，如：0x7fff82521370。而这个“1”是指这个二维数组一行的大小，也就是“int m[3];”的大小。因此，pm的值为：0x7fff82521370 + 12 = 0x7fffd5afd94c。

如果列数不相等，则加减操作无法进行，因此需要“列数相等”。假设：

int** b1;

int** b2 = b1 + 1;

上述中的“1”实际是多少？这个就要看b1的类型是什么？在这里，b1是一个双指针，也就是指向指针的指针。本质上就是一个指针，因此在32位平台上它的值是4，在64位平台上它的值是8。

5. “1”的含义

对于“p+1”中的“1”，其含义依p所指向的类型而不同。

定义		所指向类型	“1”的含义
int* p;	p+1	p指向int类型	sizeof(int)
	(*p)+1	“*p”不是指针	即为表面意义的数字1
	(&p)+1	“&p”指向“int*”类型	sizeof(int*)
int** p;	p+1	p指向“int*”类型	sizeof(int*)
	(*p)+1	“*p”指向int类型	sizeof(int)
	(**p)+1	“**p”不是指针	即为表面意义的数字1
int m[5];	m+1	m是个地址，指向int类型	sizeof(int)或sizeof(m[0])
	&m+1	&m是个地址，指向int[5]类型	sizeof(m)
int*** p;	p+1	p指向“int**”类型	sizeof(int**)
	(*p)+1	“*p”指向“int*”类型	sizeof(int*)
	(**p)+1	“**p”指向int类型	sizeof(int)
	(***p)+1	“***p”已不是指针	即为表面意义的数字1
int mm[2][3];	mm+1	mm是个地址，指向int[3]类型	sizeof(m[0])，即为4*3=12

6. 回归本质

指针的加减操作，实际是对地址的操作，而解引用“*”是取所在地址的数据，数组下标操作“[]”也是取所在地址的数据。

彻底理解指针，最关节是理解内存是啥。内存有两个基本属性：一是地址，二是数据。对于“int *p;”，p是地址，“*p”是数据。对于“加减”操作，要区分是对地址，还是数据的“加减”操作，对于“int* p;”，则“p+1”是地址的加减操作，而“(*p)+1”则是数据的加减操作。

在x86_64环境，指针大小为8字节，int类型为4字节。注意下图中的虚线框，它们要么是未初始化的内存，或者对它们的访问是越界访问。总之一句话：虚线框的内存地址是确定的，但存储在这些地址上的数据是不能保证的。

上图对应的C++代码：

// g++ -std=c++14 -O2 -Wall -pedantic -pthread main.cpp && ./a.out

#include <stdio.h>

#include <iostream>

int main()

{

using namespace std;

int a;

int b;

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

    int m[] = { 0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0xA0 };

    int* p = m;

    int** pp = (int**)m;

cout << "&m[0]=" << &m[0] << endl

<< "&m[1]=" << &m[1] << endl

<< "&m[2]=" << &m[2] << endl

<< "&m[3]=" << &m[3] << endl

<< "&m[4]=" << &m[4] << endl

<< "&m[5]=" << &m[5] << endl

<< "&m[6]=" << &m[6] << endl

<< "&m[7]=" << &m[7] << endl;

cout << endl

<< "pp=" << pp << endl

<< "pp+1=" << pp+1 << endl

<< "pp+2=" << pp+2 << endl;

cout << endl

<< "*pp=" << *pp << endl

<< "*(pp+1)=" << *(pp+1) << endl

<< "*(pp+2)=" << *(pp+2) << endl;

cout << endl

<< "&p=" << &p << endl

<< "p=" << p << endl

<< "p+1=" << p+1 << endl

<< "p+2=" << p+2 << endl;

cout << endl

<< "*p=" << *p << endl

<< "*(p+1)=" << *(p+1) << endl

<< "*(p+2)=" << *(p+2) << endl;

pp = &p;

  cout << endl << "pp = &p;" << endl;

cout << endl

<< "pp=" << pp << endl

<< "pp+1=" << pp+1 << endl

<< "pp+2=" << pp+2 << endl;

cout << endl

<< "*pp=" << *pp << endl

<< "(*pp)+1=" << (*pp)+1 << endl

<< "(*pp)+2=" << (*pp)+2 << endl;

cout << endl

<< "*pp=" << *pp << endl

<< "*(pp+1)=" << *(pp+1) << endl

<< "*(pp+2)=" << *(pp+2) << endl;

return 0;

}

上图对应的C++代码运行结果（由在线编译器http://coliru.stacked-crooked.com/编译运行）：

&a=0x7fff55631998, &b=0x7fff55631994

&m[0]=0x7fff55631c30

&m[1]=0x7fff55631c34

&m[2]=0x7fff55631c38

&m[3]=0x7fff55631c3c

&m[4]=0x7fff55631c40

&m[5]=0x7fff55631c44

&m[6]=0x7fff55631c48

&m[7]=0x7fff55631c4c

pp=0x7fff55631c30

pp+1=0x7fff55631c38

pp+2=0x7fff55631c40

*pp=0x200000001

*(pp+1)=0x400000003

*(pp+2)=0x600000005

&p=0x7fff55631988

p=0x7fff55631c30

p+1=0x7fff55631c34

p+2=0x7fff55631c38

*p=1

*(p+1)=2

*(p+2)=3

pp = &p;

pp=0x7fff55631988

pp+1=0x7fff55631990 // 这个地址值是确定的，但上面的数据是啥则不好说

pp+2=0x7fff55631998

*pp=0x7fff55631c30

(*pp)+1=0x7fff55631c34

(*pp)+2=0x7fff55631c38

*pp=0x7fff55631c30

*(pp+1)=0x0

*(pp+2)=0x0

7. “*”和“[]”

假设有：int** pp;，则“**pp”和“pp[0][0]”作用相同，实际上都是：*((*p)+0)。对于二维数组“mm[行][列]”，“mm[2][3]”效果和“*((*(mm+2))+3)”相同。

如果这样定义：

int mm[][4] = { {0x01,0x02,0x03,0xA1}, {0x04,0x05,0x06,0xA2}, {0x07,0x08,0x09,0xA3} };

int** qq = mm;

则编译时会告警“cannot convert 'int (*)[4]' to 'int**' in initialization”，原因是违背了本文第三节“兼容性”要求，正确的定义是：

int mm[][4] = { {0x01,0x02,0x03,0xA1}, {0x04,0x05,0x06,0xA2}, {0x07,0x08,0x09,0xA3} };

int (*qq)[4] = mm;

这个时候，“*((*(mm+2))+3)”、“*((*(qq+2))+3)”和“mm[2][3]”效果相同。如果要强来：

int mm[][4] = { {0x01,0x02,0x03,0xA1}, {0x04,0x05,0x06,0xA2}, {0x07,0x08,0x09,0xA3} };

int** yy = (int**)mm;

cout << "((*(mm+2))+3)=" << ((*(mm+2))+3) << endl;

cout << "((*(yy+2))+3)=" << ((*(yy+2))+3) << endl;

可以看到地址值完全是两个不同的了：

((*(mm+2))+3)=0x7fff8f58c27c

((*(yy+2))+3)=0x500000010

因为地址值yy和mm是相同的，所以仍然可以通过取巧使用yy来取得“mm[2][3]”的数据：

1) “mm+2”中的“2”，实则是“sizeof(m[0])*2”

2) “(*(mm+2))+3”中的“3”，实则是“sizeof(m[0][0])*3”

3) “m[0]”大小为“4*4=16”，“m[0][0]”大小为“sizeof(int)=4”，不难计算出“(*(mm+2))+3”相对于“mm”，地址偏移了“32+12=44”

4) 因此只需要将“yy”偏移“44”即可达到目的

5) 在x86_64上“(int**)((unsigned long)(yy+6)-4)”值和“(*(mm+2))+3”相同

6) 可以通过“*(int*)((unsigned long)(yy+6)-4)”取得“m[2][3]”的值。