我知道这是一个非常基本的问题,但在用高级语言编写了几个项目之后,我刚刚开始了一些基本的c++编程。
基本上我有三个问题:
为什么使用指针而不是普通变量? 我应该在何时何地使用指针? 如何在数组中使用指针?
我知道这是一个非常基本的问题,但在用高级语言编写了几个项目之后,我刚刚开始了一些基本的c++编程。
基本上我有三个问题:
为什么使用指针而不是普通变量? 我应该在何时何地使用指针? 如何在数组中使用指针?
当前回答
让我也试着回答这个问题。
指针类似于引用。换句话说,它们不是副本,而是引用原始值的一种方式。
首先,在处理嵌入式硬件时,通常必须大量使用指针。也许你需要切换数字IO引脚的状态。也许你正在处理一个中断,需要在一个特定的位置存储一个值。你懂的。但是,如果您不直接处理硬件,只是想知道使用哪种类型,请继续阅读。
为什么使用指针而不是普通变量?当你在处理复杂的类型时,比如类、结构和数组,答案就会变得更清楚。如果你要使用一个普通的变量,你可能最终会生成一个副本(编译器足够聪明,在某些情况下可以防止这种情况,c++ 11也有帮助,但我们现在不讨论这个问题)。
现在如果你想修改原始值会发生什么?你可以使用这样的代码:
MyType a; //let's ignore what MyType actually is right now.
a = modify(a);
这可以很好地工作,如果你不知道为什么要使用指针,你就不应该使用它们。当心“他们可能更快”的理由。运行您自己的测试,如果它们确实更快,那么就使用它们。
但是,假设您正在解决一个需要分配内存的问题。当你分配内存时,你需要释放它。内存分配可能成功,也可能不成功。这就是指针有用的地方——它们允许您测试已分配对象的存在,并允许您通过取消引用指针来访问内存所分配的对象。
MyType *p = NULL; //empty pointer
if(p)
{
//we never reach here, because the pointer points to nothing
}
//now, let's allocate some memory
p = new MyType[50000];
if(p) //if the memory was allocated, this test will pass
{
//we can do something with our allocated array
for(size_t i=0; i!=50000; i++)
{
MyType &v = *(p+i); //get a reference to the ith object
//do something with it
//...
}
delete[] p; //we're done. de-allocate the memory
}
这就是为什么你要使用指针的关键——引用假设你引用的元素已经存在。而指针则不然。
使用指针(或者至少最终不得不处理指针)的另一个原因是因为它们是在引用之前就存在的数据类型。因此,如果你最终使用库来做你知道它们更擅长的事情,你会发现很多库都在到处使用指针,这仅仅是因为它们存在的时间长(其中很多是在c++之前编写的)。
如果你不使用任何库,你可以用这样一种方式来设计你的代码,你可以远离指针,但鉴于指针是语言的基本类型之一,你越快适应使用它们,你的c++技能就越可移植。
From a maintainability point of view, I should also mention that when you do use pointers, you either have to test for their validity and handle the case when they're not valid, or, just assume they are valid and accept the fact that your program will crash or worse WHEN that assumption is broken. Put another way, your choice with pointers is to either introduce code complexity or more maintenance effort when something breaks and you're trying to track down a bug that belongs to a whole class of errors that pointers introduce, like memory corruption.
因此,如果您控制所有代码,请远离指针,而使用引用,尽可能将它们保持为const。这将迫使您考虑对象的生命周期,并最终使您的代码更容易理解。
只要记住这个区别:引用本质上是一个有效的指针。指针并不总是有效的。
所以我是说不可能创建无效引用吗?不。这是完全可能的,因为c++几乎可以让你做任何事情。只是在无意中更难做到,你会惊讶于有多少bug是无意的:)
其他回答
指针是获得对另一个变量的间接引用的一种方式。它们不是保存变量的值,而是告诉您变量的地址。这在处理数组时特别有用,因为使用指向数组中第一个元素(它的地址)的指针,可以通过递增指针(指向下一个地址位置)快速找到下一个元素。
我读过的关于指针和指针算术的最好解释是在K & R的《C编程语言》中。开始学习c++的一本好书是c++ Primer。
这里描述了C语言中指针的需求
其基本思想是,语言中的许多限制(如使用数组、字符串和修改函数中的多个变量)可以通过操纵数据的内存位置来消除。为了克服这些限制,C语言中引入了指针。
此外,还可以看到,使用指针,您可以更快地运行代码,并在将大数据类型(如具有许多字段的结构)传递给函数时节省内存。在传递之前复制此类数据类型将花费时间并消耗内存。这是程序员更喜欢大数据类型指针的另一个原因。
PS:请参考提供的详细解释和示例代码链接。
让我也试着回答这个问题。
指针类似于引用。换句话说,它们不是副本,而是引用原始值的一种方式。
首先,在处理嵌入式硬件时,通常必须大量使用指针。也许你需要切换数字IO引脚的状态。也许你正在处理一个中断,需要在一个特定的位置存储一个值。你懂的。但是,如果您不直接处理硬件,只是想知道使用哪种类型,请继续阅读。
为什么使用指针而不是普通变量?当你在处理复杂的类型时,比如类、结构和数组,答案就会变得更清楚。如果你要使用一个普通的变量,你可能最终会生成一个副本(编译器足够聪明,在某些情况下可以防止这种情况,c++ 11也有帮助,但我们现在不讨论这个问题)。
现在如果你想修改原始值会发生什么?你可以使用这样的代码:
MyType a; //let's ignore what MyType actually is right now.
a = modify(a);
这可以很好地工作,如果你不知道为什么要使用指针,你就不应该使用它们。当心“他们可能更快”的理由。运行您自己的测试,如果它们确实更快,那么就使用它们。
但是,假设您正在解决一个需要分配内存的问题。当你分配内存时,你需要释放它。内存分配可能成功,也可能不成功。这就是指针有用的地方——它们允许您测试已分配对象的存在,并允许您通过取消引用指针来访问内存所分配的对象。
MyType *p = NULL; //empty pointer
if(p)
{
//we never reach here, because the pointer points to nothing
}
//now, let's allocate some memory
p = new MyType[50000];
if(p) //if the memory was allocated, this test will pass
{
//we can do something with our allocated array
for(size_t i=0; i!=50000; i++)
{
MyType &v = *(p+i); //get a reference to the ith object
//do something with it
//...
}
delete[] p; //we're done. de-allocate the memory
}
这就是为什么你要使用指针的关键——引用假设你引用的元素已经存在。而指针则不然。
使用指针(或者至少最终不得不处理指针)的另一个原因是因为它们是在引用之前就存在的数据类型。因此,如果你最终使用库来做你知道它们更擅长的事情,你会发现很多库都在到处使用指针,这仅仅是因为它们存在的时间长(其中很多是在c++之前编写的)。
如果你不使用任何库,你可以用这样一种方式来设计你的代码,你可以远离指针,但鉴于指针是语言的基本类型之一,你越快适应使用它们,你的c++技能就越可移植。
From a maintainability point of view, I should also mention that when you do use pointers, you either have to test for their validity and handle the case when they're not valid, or, just assume they are valid and accept the fact that your program will crash or worse WHEN that assumption is broken. Put another way, your choice with pointers is to either introduce code complexity or more maintenance effort when something breaks and you're trying to track down a bug that belongs to a whole class of errors that pointers introduce, like memory corruption.
因此,如果您控制所有代码,请远离指针,而使用引用,尽可能将它们保持为const。这将迫使您考虑对象的生命周期,并最终使您的代码更容易理解。
只要记住这个区别:引用本质上是一个有效的指针。指针并不总是有效的。
所以我是说不可能创建无效引用吗?不。这是完全可能的,因为c++几乎可以让你做任何事情。只是在无意中更难做到,你会惊讶于有多少bug是无意的:)
使用指针而不是变量的一种方法是消除所需的重复内存。例如,如果您有某个大型复杂对象,您可以使用指针为您所做的每次引用指向该变量。对于变量,您需要为每个副本复制内存。
指针在许多数据结构中非常重要,这些数据结构的设计要求能够有效地将一个“节点”链接到另一个“节点”。你不会“选择”指针而不是普通的数据类型,比如float,它们只是有不同的用途。
指针在需要高性能和/或紧凑内存占用的地方非常有用。
数组中第一个元素的地址可以赋值给一个指针。这允许您直接访问底层已分配的字节。数组的全部意义就是避免你需要这样做。