指標基礎知識

Created: November-22, 2018

Version < C++ 11

注意： 在以下所有內容中，假設存在 C++ 11 常量 nullptr。對於早期版本，將 nullptr 替換為 NULL，NULL 是用於扮演類似角色的常量。

建立指標變數

可以使用特定的*語法建立指標變數，例如 int *pointer_to_int;。
當變數是指標型別 （int *）時，它只包含一個記憶體地址。儲存器地址是儲存基礎型別 （int）的資料的位置。

將變數的大小與指向同一型別的指標的大小進行比較時，差異很明顯：

// Declare a struct type `big_struct` that contains
// three long long ints.
typedef struct {
    long long int foo1;
    long long int foo2;
    long long int foo3;
} big_struct;

// Create a variable `bar` of type `big_struct`
big_struct bar;
// Create a variable `p_bar` of type `pointer to big_struct`.
// Initialize it to `nullptr` (a null pointer).
big_struct *p_bar0 = nullptr;

// Print the size of `bar`
std::cout << "sizeof(bar) = " << sizeof(bar) << std::endl;
// Print the size of `p_bar`.
std::cout << "sizeof(p_bar0) = " << sizeof(p_bar0) << std::endl;

/* Produces:
    sizeof(bar) = 24
    sizeof(p_bar0) = 8
*/

取另一個變數的地址

指標可以作為正常變數在彼此之間分配; 在這種情況下，它是從一個指標複製到另一個指標的記憶體地址，而不是指標指向的實際資料。
而且，它們可以取值 nullptr，它表示空的記憶體位置。等於 nullptr 的指標包含無效的記憶體位置，因此它不引用有效資料。

你可以通過在變數前加上運算子 & 的地址來獲取給定型別變數的記憶體地址。& 返回的值是指向基礎型別的指標，該型別包含變數的記憶體地址（ 只要變數不超出範圍，它就是有效資料）。

// Copy `p_bar0` into `p_bar_1`.
big_struct *p_bar1 = p_bar0;

// Take the address of `bar` into `p_bar_2`
big_struct *p_bar2 = &bar;

// p_bar1 is now nullptr, p_bar2 is &bar.

p_bar0 = p_bar2;

// p_bar0 is now &bar.

p_bar2 = nullptr;

// p_bar0 == &bar
// p_bar1 == nullptr
// p_bar2 == nullptr

與參考文獻相反：

分配兩個指標不會覆蓋分配的指標所指的記憶體;
指標可以為 null。
明確要求運算子的地址。

訪問指標的內容

由於獲取地址需要 &，因此訪問內容需要使用解除引用運算子 *作為字首。當指標被取消引用時，它將成為基礎型別的變數（實際上是對它的引用）。然後可以讀取和修改它，如果不是 const。

(*p_bar0).foo1 = 5;

// `p_bar0` points to `bar`. This prints 5.
std::cout << "bar.foo1 = " << bar.foo1 << std::endl;

// Assign the value pointed to by `p_bar0` to `baz`.
big_struct baz;
baz = *p_bar0;

// Now `baz` contains a copy of the data pointed to by `p_bar0`.
// Indeed, it contains a copy of `bar`.

// Prints 5 as well
std::cout << "baz.foo1 = " << baz.foo1 << std::endl;

*和運算子 . 的組合縮寫為 ->：

std::cout << "bar.foo1 = " << (*p_bar0).foo1 << std::endl; // Prints 5
std::cout << "bar.foo1 = " <<  p_bar0->foo1  << std::endl; // Prints 5

取消引用無效指標

取消引用指標時，應確保指向有效資料。取消引用無效指標（或空指標）可能導致記憶體訪問衝突，或讀取或寫入垃圾資料。

big_struct *never_do_this() {
   // This is a local variable. Outside `never_do_this` it doesn't exist.
   big_struct retval;
   retval.foo1 = 11;
   // This returns the address of `retval`.
   return &retval;
   // `retval` is destroyed and any code using the value returned
   // by `never_do_this` has a pointer to a memory location that
   // contains garbage data (or is inaccessible).
}

在這種情況下，g++和 clang++正確發出警告：

(Clang) warning: address of stack memory associated with local variable 'retval' returned [-Wreturn-stack-address]
(Gcc)   warning: address of local variable ‘retval’ returned [-Wreturn-local-addr]

因此，當指標是函式的引數時必須小心，因為它們可以為 null：

void naive_code(big_struct *ptr_big_struct) {
    // ... some code which doesn't check if `ptr_big_struct` is valid.
    ptr_big_struct->foo1 = 12;
}

// Segmentation fault.
naive_code(nullptr);