面试官:指针都不会,我们不需要你这样的人!
上周,学弟在一个面试中,被考官问到了
有关指针
的问题。然鹅,学弟说了半天,最终也没能让考官满意
。为此我还替他捏了一把冷汗!鉴于此,今天我来写一篇关于指针的初级干货,让你在面试官前有得扯,并扯清楚
!
文章目录
- 1. 初识指针
- (1) 声明指针
- (2) 使用 & 获取变量地址
- (3) 使用指针存储地址
- (4) 使用 * 访问指向的数据
- 2. 动态内存分配
- (1) new/delete动态分配和释放内存
- (2) 带关键字const的指针
- (3) 指针 VS 数组
- 3. 使用指针时的常见错误
- (1) 内存泄漏
- (2) 无效指针
1. 初识指针
什么是指针呢?想想,我们脑海里的指针大概长什么样:
这样?那我们今天就来聊一聊“指针”表的使用方法吧!
咳咳,不开玩笑了!
在编程语言中,指针可比你上面能看到的“指针”抽象得多。所以在学习时,我们往往知道有指针这么个东西,但是又迷迷糊糊不知道怎么用它。下面,我就来带大家直观地感受一下什么是指针!
简单来说,指针是一种特殊的变量。特殊在于,这种变量存储的不是普通值(比如1,2,100,‘q’);它存储的是内存地址,比如0x101、0x886等。
不理解也没关系,下面我画了一张示意图,让大家直观地看一下什么是指针:
注:图中的0x886等都是为方便说明假定的虚拟地址。
我们都知道,变量的存储是需要占用内存空间的。
图中,Age是一个变量,它的存放地址是0x886,存放的值是18。
pAge是一个指针,也可以说是一个特殊的变量。它的存放地址是0x601,存放的内容是0x886。
对比,很容易发现,指针和变量有很多相似之处;不同之处在于,指针存放的是内存地址。
再仔细观察一下,可以发现:指针pAge中存储的地址=变量Age的内存地址。因此也可以说,指针pAge是指向内存单元Age的特殊变量。
相信说到这里,大家对指针已经有一个直观地认识了。那么我们如何去使用它呢?
掌握下面四个部分,大家就可以轻松上手指针了:
- 声明指针
- 使用 & 获取变量地址
- 使用指针存储地址
- 使用 * 访问指向的数据
下面我们就来分别学习这四个部分吧!
(1) 声明指针
指针作为一种特殊变量,也是需要声明的。我们先回忆下,之前在【C++养成计划】深入浅出——变量作用域(Day3)中,我们是如何声明一个int类型变量的:
int Age; //声明一个变量Age
在声明指针时,也需要指明类型。而该类型,比如int,对应的是该指针指向内存单元中存储的数的类型。
int *pAge; //声明一个指针变量
在声明变量时,我们一般会将变量初始化为0。同样,在声明指针时,我们也不希望它指向随机的内存单元。因此会将指针初始化为NULL。
int Age = 0;
int *pAge = NULL;
注:初始化为NULL的指针被称为NULL指针或空指针,空指针(即pAge)是一个定义在标准库中的值为零的常量。
(2) 使用 & 获取变量地址
符号 & 被称为引用运算符
。如果Age表示一个变量,&Age将是存储该变量的内存地址。
下面,我们举一个简单的例子,来获取变量Age的地址:
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int Age=18;cout<<"变量Age存放在内存中的地址是:"<<hex<<&Age<<endl;return 0;
}
运行后输出结果:
注:程序中的hex,是为了输出的格式为16进制,这是地址表示的一种约定。
(3) 使用指针存储地址
我们知道了指针是用于存储内存地址的变量,也知道了如何声明指针以及获取变量的地址。现在就可以将它们关联起来,使用指针来存储 & 获取的地址。
如上图所示,这次我们就可直接通过&Age获取地址,将其传给指针pAge。
下面举一个小例子,来声明和初始化指针。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int Age = 18;cout<<"变量Age存放在内存中的地址是:"<<hex<<&Age<<endl;int *pAge = &Age;cout<<"指针pAge中存放的地址是:"<<hex<<pAge<<endl;return 0;
}
运行结果:
可见,变量Age存放在内存中的地址=指针pAge中存放的地址。说明引用运算符 & 取到了Age的内存地址,并传给了指针pAge。
(4) 使用 * 访问指向的数据
符号 * 也被称为解除引用运算符
。通常,只要是合法的指针pAge,我们就可以通过 *pAge 访问指针pAge包含的地址处存储的值
。(注意是访问地址所对应的值,而不是地址)
下面,举一个简单的例子:
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int Age = 18;cout<<"Age = "<<Age<<endl;int *pAge = &Age;cout<<"*pAge = "<<*pAge<<endl; return 0;
}
运行结果:
简单来说,指针pAge是指向变量Age对应的内存单元的,所以通过符号 * 就可以获得Age对应的值。
这里是一段防爬虫文本,请读者忽略。 本文原创首发于 CSDN,作者【AI 菌】。
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2. 动态内存分配
为了帮助开发者更好地管理应用程序占用的内存,C++提供了两个运算符:new和delete。指针是包含内存地址的变量,在高效分配内存方面扮演了重要的角色。
(1) new/delete动态分配和释放内存
当你使用new来分配内存块时,如果成功,new将返回指向一个指针,指向一个分配的内存,否则将引发异常。
使用new为一个int类型的数分配内存:
int *pNum = new int;
使用new为多个元素分配内存:
int *pNums = new int[10];
注:new请求分配内存时,并不能保证请求总能得到满足,因为这取决于系统的状态以及内存资源的可用性。
使用new分配的内存最终都需要使用对应的delete进行释放:
- 对于一个元素的情况:
int *pNum = new int; //分配内存空间
-----程序块-----
delete pNum; //释放内存空间
- 多个元素的情况
int *pNums = new int[10]; //分配内存空间
-----程序块-----
delete[] pNUms; //释放内存空间
注:不再使用分配的内存后,一定要通过delete释放,否则可能出现内存泄漏。
下面举一个简单的例子:开辟一个内存空间来存放年龄,在输出存储年龄的内存地址后,再释放分配的内存空间。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int *pAge = new int;cout<<"请输入您的年龄:";cin>>*pAge;cout<<"存储年龄的内存地址是:"<<hex<<pAge<<endl;delete pAge;return 0;
}
运行结果:
(2) 带关键字const的指针
在前面【C++养成计划】深入浅出——变量作用域(Day3)中讲过,将变量声明为const时,变量的取值在整个生命周期内固定为初始值。这种变量的值是不能修改的。
指针也是变量,因此也可以将const用于指针。const指针有以下三种:
- 指针指向的数据为常量,不能修改。但可以修改指针包含的地址,即指针可以指向其他地方。
1.指针指向的数据为常量
int Age = 18;
const int *pAge = &Age; //不能更改pAge指向的数据Age的值2. 想将Age改为20,错误的做法
*pAge = 20; //错误3. 正确的做法
int CopyAge = 20;
pAge = &CopyAge; //可改变指针指向的地址
- 指针包含的地址是常量,不能修改,单可修改指针指向的数据。
int Age = 18;
int* const pAge = &Age;
*pAge = 20; //做法正确,可以改变值
- 指针包含的地址以及他指向的值都是常量,因此都不能修改。
int Age = 18;
const int* const pAge = &Age;
(3) 指针 VS 数组
当我们声明一个数组时,比如下面这样:
int Array[10];
编译器将分配固定的内存,用于存储10个整数。同时向你提供一个指向数组中第一个元素的指针。换句话说,Array是一个指针,指向第一个元素Array[0]。下面程序演示了这种关系:
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{int Array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};int *pNum = Array;cout<<"*pNum = "<<*pNum<<endl;cout<<"Array[0] = "<<Array[0]<<endl; return 0;
}
运行结果:
由此可见,数组名是一个指针,且指向第一个元素。
3. 使用指针时的常见错误
(1) 内存泄漏
如果在使用new动态分配的内存不再需要后,开发者没有及时使用delete释放内存的话,这些内存就会被预留并分配给你的应用程序。这将减少可供其他应用程序使用的系统内存量,甚至会降低应用程序的执行速度,这就是所说的内存泄漏
。
比如下面这样:
int* pNums = new int[10];
-----程序块-----
//忘记进行delete[]
忘记对已经请求分配的内存进行delete,很容易造成内存泄漏,我们在使用new请求分配动态内存时,一定要注意这个。
(2) 无效指针
使用运算符 * 对指针解除引用,以访问指向的值时。务必确保该指针指向了有效的内存单元,否则程序很可能崩溃。
导致指针无效的原因很多,但都要归结于糟糕的内存管理。这里仅介绍两种常见的引起指针无效的情形:
- 声明指针过程中,没有将其初始化为NULL,并且在后面也没有对指针赋以有效的地址。
- 使用new为指针申请动态内存时,当内存需要量特别大时,可能分配不成功,导致无效指针。比如下面这样:
int* pNums = new int[10000000000]; //申请的内存量太大,可能导致分配不成功
由于水平有限,博客中难免会有一些错误,有纰漏之处恳请各位大佬不吝赐教!
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