C++程序设计指针和引用.docVIP

C++程序设计 第8章 指针和引用 在程序运行时变量和函数都存放在内存中，通过变量名来访问数据、通过函数名来调用函数都是直接访问方式。还有另一种间接访问方式就是用指针。指针的本质是内存地址。指针往往用于说明函数的形参，使实参能通过指针传递，以提高函数调用的效率。利用指针能动态地使用内存，以提高内存使用效率。指针也能用来表示数据关联，以构成复杂的数据结构。指针是C程序中最常见的类型。引用是C++扩展的新概念，主要用于函数形参和返回类型。本章将详细介绍指针和引用的概念及应用。 8.1 指针及指针变量 指针(pointer)的本质是内存地址。指针变量就是专门存储地址的一种变量。通过指针变量所存储的地址来访问数据是一种间接寻址方式。由于处理器的机器语言能支持间接寻址，所以使用指针可以达到较高的计算性能。 8.1.1 地址的概念 C++编译器对不同对象或变量按其数据类型分配合适大小的存储空间。例如为char或bool型变量分配1个字节(bytes)的存储空间，short分配2字节，int和float分配4个字节，为double型变量分配8个字节的存储空间。当程序执行时，代码和变量都加载到内存中。计算机内存被分成若干个存储单元，存储单元以字节为单位。每个存储单元都有一个固定的编号，这个编号就是内存地址。尽管一个变量可能占用多个字节空间，但都通过第一个字节的地址来访问。存放某个变量的第一个字节的地址就是该数据的首地址。 指针即内存单元的地址，而数据是内存单元中的内容(或值）。 假设在程序中说明了1个int型的变量a，其值为68。系统为变量a分配4字节的存储空间，设首地址为0X0065FDF4。通过地址0X0065FDF4就能找到变量a在内存中的存储单元，从而对变量a进行访问。0X0065FDF4就是变量a的指针。知道一个变量的地址和变量的类型就能对变量进行访问，就如同知道房间号就能找到房间，从而找到房间里的主人。 指针是一种特殊的数据类型。所有类型的变量，无论是基本类型、用户定义类型、还是这些类型的数组，在一次运行时都有确定的地址，因此它们都有指针。对于32位计算机，地址长度就是32位，因此一个指针需要4个字节，与整型int、浮点型float具有相同大小的长度。一个指针不仅有值，而且还要确定其类型，表示它能指向什么类型的数据，决定了通过它要取用多少字节作为该变量的值。 同一个变量在不同机器上执行或在不同时刻执行，其地址都不一样。这是因为在加载一个程序时，系统根据当前可用内存来确定使用哪一块内存。在编程中一个具体的地址值没有多大意义，不应该直接用一个地址常量来为一个指针赋值，这是因为在运行时你不知道这个地址中当前存放的是什么。如果你通过这个地址读取它的内容，将得到不可预知的结果。如果你改变了它的内容，就会导致不可预知的后果，甚至导致严重错误而退出。所以对指针的操作应小心谨慎。 怎样能知道一个变量在运行时刻的内存地址？把取地址运算符放在变量前面就得到它的首地址。例如b是一个变量，那么b就表示它的地址。下面例子能看到一组局部变量的首地址。 例8-1 显示一组局部变量的首地址。 #includeiostream.h void main(){ bool b = true; char c = c; short s = 3; int i = 4; float f = 1.0f; double d = 1.0; coutb=bendl; coutc=hex(int)cendl; couts=sendl; couti=iendl; coutf=fendl; coutd=dendl; } 执行程序，输出如下： b=0x0012FF7C c=12ff78 s=0x0012FF74 i=0x0012FF70 f=0x0012FF6C d=0x0012FF64 注意在不同机器上或不同时刻运行，显示的地址都不一样。但我们能看到局部变量在内存中的一些排列规律。如图8.1所示。 首先，这6个变量的地址是按递减次序排列，这是因为局部变量都存储在堆栈中，堆栈是先入后出的。先入栈的数据存放在较大地址位置，后入栈的数据存放在较小地址位置。如果这些变量改为全局变量，它们的排列次序就会颠倒过来。 其次，尽管变量s只占2字节，变量c只占1字节，但却分别占用4字节空间。这是因为按字对齐(32位数据)能提高CPU访问内存的效率，而且一次压栈和出栈操作也是以32位数据为单位，代价是浪费一些内存。如果这些变量改为全局变量，它们将按实际大小存储。 如果一个指针变量存放的是某个对象或值的地址，就说这个指针变量指向该对象或值。在C++程序设计中，指针变量只有确定了指向才有意义。 8.1.2 指针变量 指针变量就是专门存放地址的一种特殊变量。指针变量中存放的是地址值。一