2.3.2 指针(1)
指针(pointer)是"指向(point to)"另外一种类型的复合类型。与引用类似,指针也实现了对其他对象的间接访问。然而指针与引用相比又有很多不同点。其一,指针本身就是一个对象,允许对指针赋值和拷贝,而且在指针的生命周期内它可以先后指向几个不同的对象。其二,指针无须在定义时赋初值。和其他内置类型一样,在块作用域内定义的指针如果没有被初始化,也将拥有一个不确定的值。
指针通常难以理解,即使是有经验的程序员也常常因为调试指针引发的错误而被备受折磨。
定义指针类型的方法将声明符写成*d的形式,其中d是变量名。如果在一条语句中定义了几个指针变量,每个变量前面都必须有符号*:
- int *ip1, *ip2; // ip1和ip2都是指向int型对象的指针
- double dp, *dp2; // dp2是指向double型对象的指针,dp是double型对象
获取对象的地址
指针存放某个对象的地址,要想获取该地址,需要使用取地址符(操作符&):
- int ival = 42;
- int *p = &ival; //p存放变量ival的地址,或者说p是指向变量ival的指针
第二条语句把p定义为一个指向int的指针,随后初始化p令其指向名为ival的int对象。因为引用不是对象,没有实际地址,所以不能定义指向引用的指针。
除了2.4.2节(第62页)和15.2.3节(第601页)将要介绍的两种例外情况,其他所有指针的类型都要和它所指向的对象严格匹配:
- double dval;
- double *pd = &dval; // 正确: 初始值是double型对象的地址
- double *pdpd2 = pd; // 正确: 初始值是指向double对象的指针
- int *pi = pd; // 错误: 指针pi的类型和pd的类型不匹配
- pi = &dval; // 错误: 试图把double型对象的地址赋给int型指针
因为在声明语句中指针的类型实际上被用于指定它所指向对象的类型,所以二者必须匹配。如果指针指向了一个其他类型的对象,对该对象的操作将发生错误。
指针值
指针的值(即地址)应属下列4种状态之一:
1.指向一个对象。
2.指向紧邻对象所占空间的下一个位置。
3.空指针,意味着指针没有指向任何对象。
4.无效指针,也就是上述情况之外的其他值。
试图拷贝或以其他方式访问无效指针的值都将引发错误。编译器并不负责检查此类错误,这一点和试图使用未经初始化的变量是一样的。访问无效指针的后果无法预计,因此程序员必须清楚任意给定的指针是否有效。
尽管第2种和第3种形式的指针是有效的,但其使用同样受到限制。显然这些指针没有指向任何具体对象,所以试图访问此类指针(假定的)对象的行为不被允许。如果这样做了,后果也无法预计。
利用指针访问对象
如果指针指向了一个对象,则允许使用解引用符(操作符*)来访问该对象:
- int ival = 42;
- int *p = &ival; // p存放着变量ival的地址,或者说p是指向变量ival的指针
- cout << *p; // 由符号*得到指针p所指的对象,输出42
对指针解引用会得出所指的对象,因此如果给解引用的结果赋值,实际上也就是给指针所指的对象赋值:
- *p = 0; // 由符号*得到指针p所指的对象,即可经由p为变量ival赋值
- cout << *p; // 输出0
如上述程序所示,为*p赋值实际上是为p所指的对象赋值。
解引用操作仅适用于那些确实指向了某个对象的有效指针。
关键概念:某些符号有多重含义
像&和*这样的符号,既能用作表达式里的运算符,也能作为声明的一部分出现,符号的上下文决定了符号的意义:
- int i = 42;
- int &r = i; // &紧随类型名出现,因此是声明的一部分,r是一个引用
- int *p; // *紧随类型名出现,因此是声明的一部分,p是一个指针
- p = &i; // &出现在表达式中,是一个取地址符
- *p = i; // *出现在表达式中,是一个解引用符
- int &r2 = *p; // &是声明的一部分,*是一个解引用符
在声明语句中,&和*用于组成复合类型;在表达式中,它们的角色又转变成运算符。在不同场景下出现的虽然是同一个符号,但是由于含义截然不同,所以我们完全可以把它当作不同的符号来看待。