【C++基础】第九课:复合类型

引用,指针

Posted by x-jeff on June 27, 2019

【C++基础】系列博客为参考《C++ Primer中文版(第5版)》C++11标准)一书,自己所做的读书笔记。
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1.复合类型

复合类型是指基于其他类型定义的类型。

最常见的两种即为:指针引用

1.1.声明语句

例如一条简单的声明/定义语句:

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int *p;

由一个基本数据类型(即int和紧随其后的一个声明符(即*p组成。其中*作为声明符的一部分,也称为类型修饰符

2.引用

引用指引用另外一种类型,通过将声明符写成&d的形式来定义引用类型。

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int ival=1024;
int &refVal=ival;//refVal指向ival(是ival的另一个名字)
int &refVal2;//报错:引用必须被初始化

一般在初始化变量时,初始值会被拷贝到新建的对象中。然而定义引用时,程序把引用和它的初始值绑定在一起,而不是将初始值拷贝给引用。一旦初始化完成,引用将和它的初始值对象一直绑定在一起。因为无法令引用重新绑定到另外一个对象,因此⚠️引用必须初始化⚠️。

2.1.引用即别名

❗️引用并非对象,它只是为一个已经存在的对象所起的另外一个名字。

定义了一个引用之后,对其进行的所有操作都是在与之绑定的对象上进行的:

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refVal=2;//此时:ival=refVal=2
int ii=refVal;//此时:ival=refVal=ii=2

为引用赋值,实际上是把值赋给了与引用绑定的对象。获取引用的值,实际上是获取了与引用绑定的对象的值。

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int &refVal3=refVal;
refVal3=5;//此时:ival=refVal=refVal3=5

⚠️因为引用本身不是一个对象,所以不能定义引用的引用。

2.2.引用的定义

允许在一条语句中定义多个引用,例如:

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int i=1024,i2=2048;
int &r=i,r2=i2;
int i3=1024,&ri=i3;
int &r3=i3,&r4=i2;

⚠️引用只能绑定在对象上,而不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起:

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int &refVal4=10;//错误:不能与字面值绑定在一起
double dval=3.14;
int &refVal5=dval;//错误:类型不匹配

3.指针

与引用类似,指针也实现了对其他对象的间接访问。

但指针与引用相比又有很多不同点:

  1. 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。
  2. 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。

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*

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int *ip1,*ip2;//ip1和ip2都是指向int型对象的指针
double dp,*dp2;

(⚠️注意是ip1是指向int型对象的指针,而不是*ip1是指向int型对象的指针!)

3.1.获取对象的指针

📌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&)

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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

⚠️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。

⚠️指针的类型都要和它所指向的对象严格匹配。

3.2.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指针。

3.3.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。

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int ival=42;
int *p=&ival;//*p输出值为42
*p=21;//⚠️此时:ival=21。为*p赋值实际上是为p所指的对象赋值,即ival
int *p1=21;//⚠️报错,不能通过字面值定义指针

对指针解引用会得出所指的对象。

⚠️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。

3.4.&*的多重含义

&*即可作为运算符,即取地址符和解引用符,还可作为声明符中的一部分。

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int i=42;
int &r=i;//&为声明的一部分,r是一个引用
int *p;//*为声明的一部分,p是一个指针
p=&i;//&为取地址符
*p=i;//*为解引用符
int &r2=*p;//&为声明的一部分,*是解引用符

上述例子中,同一符号的含义截然不同,完全可以当作不同的符号来看待。

3.5.空指针

空指针不指向任何对象。

生成空指针的几个方法:

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int *p1=nullptr;//C++11
int *p2=0;
int *p3=NULL;//需要首先#include cstdlib

过去的程序还会用到一个名为NULL预处理变量来给指针赋值,这个变量在头文件cstdlib中定义,它的值就是0。

👉预处理器:是运行于编译过程之前的一段程序。预处理变量不属于命名空间std,它由预处理器负责管理,因此我们可以直接使用预处理变量而无须在前面加上std::。当用到一个预处理变量时,预处理器会自动地将它替换为实际值,因此用NULL初始化指针和用0初始化指针是一样的。

⚠️把int变量直接赋给指针是错误的操作,即使int变量的值恰好等于0也不行。

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int zero=0;
int *pi;
pi=zero;//错误

3.6.其他指针操作

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int ival=1024;
int *pi=0;
int *pi2=&ival;
if(pi);//条件为false
if (pi2);//条件为true

❗️任何非0指针对应的条件值都是true。

3.7.void*指针

void*是一种特殊的指针类型,可用于存放任意对象的地址。一个void*指针存放着一个地址,这一点和其他指针类似。不同的是,我们对该地址中到底是个什么类型的对象并不了解。

⚠️void*没办法访问内存空间中所存的对象。不能直接操作void*指针所指的对象,因为我们并不知道这个对象到底是什么类型,也就无法确定能在这个对象上做哪些操作。

举两个例子说明一下void*的局限:

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int main()
{
	double obj = 3.1415, *pd = &obj, *demo = nullptr;
	void *pv = &obj;
	demo = pd;//correct
	demo = pv;//⚠️error:无法传址
	std::cout <<pv<< std::endl;
	std::cout <<pv<< std::endl;
}
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int main()
{
	double obj = 3.1415, *pd = &obj;
	void *pv = &obj;
	std::cout <<*pv<< std::endl;//错误:无法输出*pv
	std::cout << pv << std::endl;//正确:可以输出pv(即地址)
}

4.复合类型的声明

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int *p1,p2;//p1是指向int的指针,p2是int

4.1.指向指针的指针

📌一般来说,声明符中修饰符的个数并没有限制。

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int ival=1024;
int *pi=&ival;
int **ppi=&pi;

ivalpippi之间的关系如下图所示:

4.2.指向指针的引用

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int i=42;
int *p;
int *&r=p;//r是一个对指针p的引用

r=&i;//给r赋值&i就是令p指向i
*r=0;//解引用r得到i,也就是p指向的对象,将i的值改为0

❗️要理解r的类型到底是什么,最简单的办法是从右向左阅读r的定义。离变量名最近的符号对变量的类型有最直接的影响,因此r是一个引用。声明符的其余部分用以确定r引用的类型是什么,此例中的*说明r引用的是一个指针。最后,声明的基本数据类型部分指出r引用的是一个int指针。

4.3.指向引用的指针/引用

2.1部分和3.1部分提到过不存在指向引用的指针或者引用,所以下述例子是错误的:

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int val=10;
int &*p=val;//错误