C++ 指针

在 C++ 中，指针（pointer）是存放“内存地址”的变量，通过指针可以间接地访问或修改内存中的数据。下面分几个层面来介绍指针的概念与用法。

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1. 基本概念

• 什么是指针
  指针本质上是一个整型变量，它的值是另一个变量在内存中的地址。
• 声明与初始化int x = 10; // 普通整型变量 int* p = &x; // 声明一个指向 int 的指针 p，并初始化为 x 的地址
  • int* p：指向 int 的指针
  • &x：取变量 x 的地址
  • *p：解引用（dereference），即通过指针访问或修改它所指的对象

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2. 指针的基本操作

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int  x = 10;
    int* p = &x;             // p 存放 x 的地址

    cout << "x = "    << x    << "\n";  
    cout << "&x = "   << &x   << "\n";  
    cout << "p = "    << p    << "\n";  
    cout << "*p = "   << *p   << "\n"; // 解引用，输出 10

    *p = 20;                 // 通过指针修改 x
    cout << "修改后 x = " << x << "\n"; 
}

• p = &x;：将指针 p 指向变量 x
• *p：读取或写入 p 指向的内存

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3. 指针与数组

在 C++ 中，数组名在多数表达式中会退化（decay）为指向首元素的指针。

int a[5] = {1,2,3,4,5};
int* p = a;        // 等价于 &a[0]

for (int i = 0; i < 5; ++i) {
    cout << *(p + i) << " ";   // 指针算术：依次访问 a[0]…a[4]
}

• 指针算术：p + i 会移动 i * sizeof(int) 字节
• 访问数组元素：p[i] 与 *(p + i) 等价

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4. 空指针与野指针

• 空指针：不指向任何有效对象int* p = nullptr; if (p) { // 不会进入，因为 p 为 nullptr }
• 野指针：未初始化或已释放指向无效内存，使用会导致未定义行为。int* p; // 未初始化，值未知（野指针）

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5. 指向指针的指针

可以通过多重指针访问多层地址：

int  x  = 42;
int* p  = &x;     // 指向 int
int** pp = &p;    // 指向指针 p

cout << **pp << "\n";  // 先解一次 pp 得到 p，再解一次得到 x

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6. 函数指针

• 声明与调用int add(int a, int b) { return a + b; } // 声明一个指向函数(int,int)->int 的指针 int (*func)(int, int) = &add; cout << func(2,3) << "\n"; // 输出 5
• 用途：回调函数、策略模式等。

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7. 动态内存与智能指针

7.1 原始指针与 new/delete

int* p = new int(100);   // 在堆上分配一个 int，初始化为 100
// ...
delete p;                // 释放内存
p = nullptr;

• 注意：每个 new 必须对应一个 delete，否则会内存泄漏。

7.2 C++11 智能指针（推荐）

• std::unique_ptr<T>：独占所有权
• std::shared_ptr<T>：引用计数，多个共享所有权
• std::weak_ptr<T>：配合 shared_ptr，解决循环引用

#include <memory>

auto up = std::make_unique<int>(200);     // unique_ptr<int>
auto sp = std::make_shared<int>(300);     // shared_ptr<int>

cout << *up << ", " << *sp << "\n";       // 输出 200, 300
// 自动释放，无需 delete

智能指针帮助管理资源、避免内存泄漏和悬空指针。

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8. 常量指针与指针常量

• 指针常量（pointer constant）：指针本身不可修改int x = 1, y = 2; int* const p = &x; // p 是常量，必须初始化，之后不可再指向其他地址 *p = 5; // 合法：修改 p 指向的值 // p = &y; // 错误：不能修改指针本身
• 常量指针（pointer to constant）：指向的值不可修改const int* p = &x; // p 可变，但 *p 不可修改 // *p = 10; // 错误：不能通过 p 修改 x p = &y; // 合法：可以指向其他地址
• 常量指针常量const int* const p = &x; // 既不能修改 *p，也不能修改 p

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9. 注意事项与最佳实践

1. 尽量使用智能指针（unique_ptr/shared_ptr）管理动态内存，避免手动 new/delete。
2. 检查空指针（nullptr）后再解引用，避免崩溃。
3. 避免过度指针算术，出错率高且可读性差，推荐使用标准容器（如 std::vector）和迭代器。
4. 函数参数传递：若要修改指针本身，可用指向指针的指针；否则优先使用引用或智能指针。

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通过掌握以上各类指针用法，你就能在 C++ 中高效、安全地进行底层内存操作与资源管理。