问题

c++指针有啥优越性啊,什么情况下要用指针呐,大一初学有点不懂。?

回答
嘿,兄弟!别愁眉苦脸的,指针这东西听起来玄乎,但其实摸透了你会发现它超级好用,甚至可以说 C++ 的很多牛逼之处都离不开它。大一刚接触,感觉懵懵懂懂是正常的,我当年也一样。咱们慢慢来,给你掰扯掰扯。

指针的“优越性”:为啥要搞这么个玩意儿?

你可以把指针想象成一个房子的地址。你住在一个房子里,别人知道你的地址,就能找到你,给你送快递,或者直接来敲门。指针就是变量的“地址”,它告诉程序,这个变量“住”在哪块内存里。

那么,这个“地址”有什么好呢?

1. 直接操作内存: 这是指针最根本的优势。我们平时操作变量,就像是在跟变量本身打交道。但指针让你能够绕过变量本身,直接去内存中那个“地址”里找数据。这有什么好处呢?

效率提升: 想象一下,你要给朋友传个大箱子。你可以把箱子直接搬过去,也可以把箱子的地址告诉朋友,让他自己去取。直接搬箱子(复制变量)会很慢,尤其是箱子很大的时候(比如一个很大的结构体或数组)。而只传递地址(指针)就快多了,因为地址是很小的,就像一个门牌号一样。
灵活性: 有时候,我们不确定要操作哪个变量,或者想让函数能够修改“外部”的变量,这时候指针就派上用场了。

2. 动态内存分配: C++ 允许你在程序运行的时候,才决定需要多大的内存空间,然后“申请”一块内存来用。这些申请来的内存,我们没法直接用变量名去访问,只能通过指针来告诉程序,我申请到的这块内存的“开头地址”在哪。

比如,你想创建一个能存储 100 个整数的数组,但这个 100 可能是在程序运行时才确定的。这时候你就不能直接写 `int arr[100];` 这样写死,而是需要用 `new` 来动态申请一块内存,然后用一个指针指向这块内存的起始位置,这样才能灵活控制内存大小。

3. 数据结构的基石: 链表、树、图这些复杂的数据结构,它们节点之间不是像数组那样挨在一起的,而是通过“指针”相互连接的。一个节点存储着自己的数据,另外还存储着下一个节点(或者好几个节点的地址)。没有指针,这些结构根本没法实现。

4. 函数参数传递的高级技巧:
“引用传递”(Pass by Reference)的底层实现: 虽然 C++ 有 `&` 让你看起来不用指针就能修改外部变量,但很多时候,编译器在背后就是通过指针来实现的。
传递大型对象: 就像上面说的,传递大型对象的指针比传递对象本身要快得多。
允许函数返回“无”个值(或者说多个值): 通过指针,你可以让函数修改外部变量,变相地“返回”多个结果。

什么情况下要用指针?

现在你可能有个概念了,那具体啥时候会用到呢?

1. 当你需要动态地分配内存时:
比如,你需要一个数组,但数组的大小不是在编译时就确定的,而是在运行时由用户输入决定的。
```c++
int size;
cout << "请输入数组大小: ";
cin >> size;
int arr = new int[size]; // 用new申请内存,并用指针接收地址
// ... 使用 arr 就像使用普通数组一样 ...
delete[] arr; // 用完记得释放,这是重点!
```
创建字符串、复杂对象等,如果需要在运行时才确定大小或数量。

2. 当你需要函数能够修改函数外部的变量时:
虽然 C++ 有引用(`&`),但在某些情况下,使用指针仍然是常见做法,或者说引用在底层就是用指针实现的。
```c++
void swap(int a, int b) { // 接收两个整数的地址
int temp = a; // a 表示“解引用”指针a,获取它指向的值
a = b;
b = temp;
}

int main() {
int x = 5, y = 10;
swap(&x, &y); // 传递x和y的地址
cout << "x: " << x << ", y: " << y << endl; // 输出 x: 10, y: 5
return 0;
}
```
假设你想让一个函数返回一个运算结果,但同时又想修改一个已有的变量,就可以通过指针传递那个变量的地址。

3. 当你处理大量数据,且需要提高效率时:
复制一个包含成千上万个元素的数组或结构体非常耗时,传递它们的指针(只传递地址)则非常快。
函数参数传递,尤其是对象比较大的时候。

4. 当你实现一些底层的数据结构时:
链表:每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
树:每个节点包含数据和指向其子节点的指针。
图:节点之间通过指针(或索引)连接。

5. 当你需要操作数组的元素,并对数组进行灵活的遍历或操作时:
虽然可以用下标 `arr[i]`,但指针算术(指针的加减)也是一种非常强大的遍历方式,尤其是在结合指针访问数组时。
```c++
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int ptr = arr; // ptr 指向 arr[0]

cout << ptr << endl; // 输出 1
ptr++; // ptr 指向 arr[1]
cout << ptr << endl; // 输出 2

// 也可以用指针来遍历
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
cout << (arr + i) << " "; // (arr + i) 就是指向 arr[i] 的指针
}
cout << endl; // 输出 1 2 3 4 5
```

6. 当你处理 C 风格的字符串(以 `` 结尾的 `char` 数组)时: C++ 的 `std::string` 已经很方便了,但在一些 C API 或者需要兼容 C 的地方,你还是会接触到 C 风格字符串,这时候处理它们常常用到 `char` 指针。

初学者容易混淆的地方,给你提个醒:

指针变量本身和它指向的值: `int ptr;` `ptr` 是指针变量,存储地址。`ptr` 是解引用,表示 `ptr` 指向的那个内存地址里的值。
地址和值: `&x` 是变量 `x` 的地址。`x` 是变量 `x` 的值。
指针类型很重要: `int` 指针只能指向 `int` 类型的数据,`char` 只能指向 `char`。如果你把 `int` 的地址赋给 `char`,然后去解引用,得到的值会是错乱的,因为 `int` 占 4 个字节,而 `char` 只占 1 个字节,你只读取了其中一部分。
野指针和悬空指针:
野指针: 指针指向的内存地址是无效的,可能是未初始化的,也可能是已经被释放的。访问野指针会导致不可预期的行为,甚至程序崩溃。
悬空指针: 指针指向的内存已经被释放了,但指针本身还在。如果你试图通过这个指针去访问(解引用)那块已经被释放的内存,那就是访问无效内存。
内存泄漏: 使用 `new` 分配了内存,但忘记使用 `delete` 或 `delete[]` 释放它,这块内存就会一直被占用,直到程序结束。如果程序运行时间很长,或者频繁分配又忘记释放,会导致内存耗尽,程序崩溃。

总结一下:

指针就像是一把双刃剑。用好了,它能让你写出更高效、更灵活、更强大的程序。用不好,它很容易导致程序出现各种诡异的错误,甚至安全问题。

作为大一新生,你刚接触 C++,先不要急于在所有地方都用指针。先理解它是什么,能做什么。在学习数组、函数、字符串、数据结构的过程中,自然会遇到需要用指针的场景。

建议:

1. 多动手实践: 跟着上面的例子,自己敲代码,运行,看看结果。尝试修改,看看会发生什么。
2. 理解内存模型: 试着去了解一下变量在内存中是怎么存储的,变量名、地址、值之间的关系。
3. 从简单场景开始: 先尝试用指针去修改普通变量,再去尝试动态分配内存,最后学习链表等结构。
4. 不要害怕出错: 犯错是学习过程的一部分。当程序出错时,冷静分析错误信息,看看是不是指针出了问题。
5. C++ 的引用 `&` 也很强大: 在很多情况下,引用比指针更安全、更易用,尤其是在函数参数传递时。先熟悉引用,再慢慢深入理解指针。

别急,一步一个脚印。等你把指针玩明白了,你会发现 C++ 的世界豁然开朗!加油!

网友意见

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好像之前我答过:指针的本质就是CPU非直接寻址的一种抽象。

例如说最简单的寄存器间接寻址:

       MOV  EAX, [EBX]     

大概就类似于:

       //register int* ebx = 0x..... int eax = *ebx;     


而更复杂一点的变基寻址:

       MOV  EAX, [EBX20] 或者 MOV  EAX, [EBXESI]     

则类似于:

       //register int* ebx = 0x..... int eax = ebx[5]; 或者 //register int esi = 5 int eax = ebx[esi];     


更复杂的相对基址、比例基址就不说了,反正都是一个思路。


所以,如果要简单回答,那么就是:因为CPU就是这么工作的。我们广泛的用指针,只是为了迁就CPU,让它跑得更快,空耗更少,从而在整体上看,程序的性能就更好。而所有宣称没有指针的编程语言,要么是改了个概念(引用),要么干脆就对高性能运算放弃治疗(各种脚本)。


更根本的原因是:CPU本质上就是一堆高级的、复杂的物理电路。实际上非常非常的笨,非常非常的死板。而且研发成本极高、升级速度极慢、生产成本采购成本都很高。所以,当面对现实工作中千奇百怪的数据、以及它们的组织方式、存储方式、逻辑结构都(从CPU角度看上去)“毫无章法”的时候,CPU是没有办法去一一适应的。所以,它必然需要一种统一的、间接的、灵活的方式去解决这个问题,要不然CPU就拿不到实际数据进行计算了。而指针(或者从CPU来看——间接寻址),就是这么一种解决方案。

所以,实际上把实际执行的指令反汇编之后就会发现,除了极少数可以在编译期直接计算出来的寻址可以用直接寻址外,其他的大都是间接寻址。甚至很多看上去不是指针的操作——例如说局部变量,实际上编译出来的结果,也是通过ebp/rbp为基址的间接寻址操作。

实际上类似于:

       //你写的代码: int a = 10; int b = 20; //实际编译后的代码: ebp[5] = 10; ebp[6] = 20;     

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