C++：指针（Pointers）

目录

什么是指针？

为什么需要指针？

1. 访问堆（Access Heap）

2. 资源管理（Resource Management） 

3. 参数传递（Parameter Passing）

 如何声明和使用指针？

如何利用指针访问堆内存？ 

1. 使用 malloc 访问堆内存 

 2. 使用 new 访问堆内存

---

什么是指针？

指针是一个地址变量，用于存储数据的地址，而不是数据本身。

普通变量是数据变量，但指针是地址变量，用于间接访问数据。

所以，我们提出问题：为什么我们需要间接访问数据？

为什么需要指针？

1. 访问堆（Access Heap）

程序运行时，RAM（随机存取存储器，Random Access Memory）分为三部分：

• 代码部分（Code Section）：存储程序的机器码（Machine Code），即编译后的指令。

• 栈（Stack）：存储局部变量（Local Variables，如函数内的int、char），由系统自动分配和释放。栈大小有限，变量生命周期随函数作用域结束。

• 堆（Heap）：更大的内存区域，程序员通过动态分配（Dynamic Allocation）使用，生命周期由程序员控制。

程序可以直接访问的部分是代码部分和栈内存，无法直接使用堆内存。所以说，堆内存在程序之外，那么该如何访问堆内存呢？这时就需要用到了指针。 

堆内存的分配需要通过new操作符，分配后返回内存地址，存储在指针中。例如：

int* ptr = new int; // 在堆上分配一个整数，ptr存储其地址
*ptr = 10;         // 通过指针访问堆内存，存储值10

没有指针，程序无法操作堆内存，也就无法实现动态数据结构或存储大块数据。 

2. 资源管理（Resource Management） 

程序运行在内存中，但需要访问外部资源，如文件（Files）、硬盘（Hard Disk）、互联网（Internet）（如网络套接字Socket）。这些资源位于程序外部，操作系统（Operating System）管理它们，程序无法直接访问其内容。

外部资源（如文件、硬盘、互联网连接）由操作系统分配句柄或内存地址，程序通过指针访问这些句柄。例如： 

FILE* fp = fopen("data.txt", "r"); // 打开文件，fp指向文件句柄
if (fp != nullptr) {// 通过fp操作文件fclose(fp); // 关闭文件，释放资源
}

这里，fp是一个指针，指向操作系统分配的文件句柄（File Handle），程序通过它读写文件。

外部资源（如文件、硬盘、互联网）在程序外部，操作系统通过句柄或地址管理，指针是程序访问这些资源的唯一途径。指针通过地址共享资源，提高效率。

 

3. 参数传递（Parameter Passing）

• C++默认使用值传递（Pass by Value），传递数据副本，函数内修改不影响原数据。复制大对象（如数组、结构体）效率低，且无法修改调用者的变量。

• 函数需要高效传递数据，有时需要修改原数据，或表示“无数据”状态。

指针支持按地址传递（Pass by Pointer），让函数直接操作调用者的内存。例如：

void swap(int* a, int* b) {int temp = *a; // 访问a的内存*a = *b;       // 修改a的内存*b = temp;     // 修改b的内存
}
int main() {int x = 10, y = 20;swap(&x, &y);  // 传递x和y的地址// x现在是20，y是10
}

 如何声明和使用指针？

这部分不再赘述，详细教程可以参考下面的学习网站： 

C++ 指针 | 菜鸟教程 

如何利用指针访问堆内存？ 

1. 使用 malloc 访问堆内存 

malloc（Memory Allocation）是C语言的动态内存分配函数，C++中仍然可用，位于<cstdlib>头文件中。它分配原始内存，不初始化，适合C风格编程。

首先声明一个指针，指定指向的数据类型。

分配堆内存：

ptr = (int*)malloc(sizeof(int)); // 分配一个整数大小的内存

• 使用malloc分配指定大小的内存，返回void*类型地址，需强制转换为目标类型。

• 语法：ptr = (type*)malloc(size);

• sizeof(int)：计算整数类型的大小

• (int*)：将void*转换为int*。

访问内存（解引用，Dereference）：

• 通过*操作符访问或修改指针指向的内存。

if (ptr != nullptr) {*ptr = 42; // 存储值42std::cout << *ptr; // 输出：42
}

释放内存：

• 使用free释放堆内存，防止内存泄漏（Memory Leak）。

free(ptr); // 释放内存
ptr = nullptr; // 避免悬空指针（Dangling Pointer）

 2. 使用 new 访问堆内存

 new是C++的动态内存分配操作符，位于<new>头文件中（通常无需显式包含）。它分配内存并初始化（对于类会调用构造函数），是C++的首选方式。

首先声明一个指针，指定指向的数据类型。

分配堆内存：

• 使用new分配内存，返回目标类型的指针，无需强制转换。

ptr = new int; // 分配一个整数的内存

访问内存：

• 通过*操作符访问或修改内存。

*ptr = 100; // 存储值100
std::cout << *ptr; // 输出：100

释放内存：

• 使用delete释放内存，防止内存泄漏。

delete ptr; // 释放内存
ptr = nullptr; // 避免悬空指针

分配动态数组：

• 使用new[]分配连续内存，适合动态数组。

int* arr = new int[5]; // 分配5个整数的数组
for (int i = 0; i < 5; i++) {arr[i] = i + 1; // 填充数组：1, 2, 3, 4, 5
}
delete[] arr; // 释放数组内存
arr = nullptr;

关键点

• new自动匹配指针类型，无需强制转换，比malloc更安全。

• 对于类，new会调用构造函数，delete调用析构函数，适合面向对象编程。

• 数组用new[]分配，delete[]释放，匹配使用以避免未定义行为。