[C++知识库]2.3 c++复合类型、引用和指针

复合类型

• 复合类型是指基于其它类型定义的类型。
• 一条声明语句由一个基本数据类型和紧随其后的一个声明符列表组成。每个声明符命名了一个变量并指定该变量为与基本数据类型有关的某种类型。

引用

• 引用(reference)为对象起了另一个名字，引用类型引用(refers to)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，其中d是声明的变量名。

int ival = 1024;
int &refVal = ival; //refVal指向ival
int &refVal2;//报错：引用必需初始化

• 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。因为无法另引用重新绑定到另一个对象，因此引用必需初始化。
• 引用并非对象，相反的，它只是为有一个已经存在的对象所起的别名。
• 因为引用本身不是一个对象，所以不能定义引用的引用。

//允许在一条语句中定义多个引用，其中每个引用标识符都必需以符号&开头
int i = 1024, i2 =2048;//i和i2都是int
int &r = i, r2 = i2;//r是一个引用，与i绑定在一起，r2是int

• 除了两种例外情况(2.4.1和15.2.3)，其它所有引用类型都要与之绑定的对象严格匹配。而且，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。

int &refVal = 10;//错误：引用类型的初始值必需是一个对象
double pi = 3.14;
int &ref = pi;//错误：此处的引用类型的初始值必需是int型对象

指针

• 指针(pointer)是指向(point to)另外一种类型的复合类型。与引用类似，指针也实现了对其它对象的间接访问。
• 指针与引用的不同点
  • 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。
  • 指针无需再定义时赋初值。和其它内置类型一样，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是将声明符写成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，每个变量前都要符号有

int *p1, *p2;//p1和p2都是指向int型对象的指针
double dp, *dp2;//dp2是指向double型对象的指针，dp是double型对象

获取对象的地址

• 指针存放某个对象的地址，要想获取该地址，需要用取地址符(&)

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

• 引用不是对象，没有设计地址，所以不能定义指向引用的指针。
• 除了两种例外情况(2.4.2和15.2.3)，其它所有指针的类型都要和它所指向的对象严格匹配。

double dval;
double *pd = &dval;//正确：初始值是double型对象的地址
double *pd2 = pd;//正确：初始值是指向double对象的指针

int *pi = pd;//错误：指针pi的类型和pd的类型不匹配
pi = &dval;//错误：试图把double型对象的地址赋给int型指针

• 因为在声明语句中指针的类型实际上被用于指定它所指对象的类型，所以二者必需匹配。如果指针指向了一个其它类型的对象，则该对象的操作将发生错误。

指针值

• 指针值应属于下列4种状态之一
  • 指向一个对象
  • 指向紧邻对象所占空间的下一个位置
  • 空指针，意味着没有指向任何对象
  • 无效指针，也就是上述情况之外的其它值。
• 试图拷贝或以其它方式访问无效指针的值都将引发错误。编译器并不负则检查此类错误，这一点和试图使用未经初始化的变量是一样的。访问无效指针的后果是无法预计的，要避免这种情况的发生。
• 第2种和第3种形式的指针是有效的，但是其使用同样受到限制。这些指针没有指向任何具体对象，所以试图访问此类指针对象的行为是不被允许的。

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*)来访问对象。

int ival = 42;
int *p = &ival;//p存放着变量ival的地址，或者说p是指向变量ival的指针

• 对指针解引用会得出所指的对象，因此如果给解引用的结果赋值，实际上也就是给指针所指的对象赋值。
• 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。

*p = 0;//由符号*得到指针p所指的对象，即可经由p为变量ival赋值

空指针

• 空指针不指向任何对象，在试图使用一个指针之前代码可以首先检查它是否为空。以下为几个生成空指针的方法：

int *p1 = nullptr;//等价于int *p1 = 0;
int *p2 = 0;//直接将p2初始化为字面值常量0
//首先要#include cstdlib
int *p3 = NULL;//等价于int *p3 = 0;

• 得到空指针最直接的办法就是用字面值nullptr来初始化指针，c++11引入的方法。nullptr是一种特殊类型的字面值，它可以被转换成任意其它的类型指针。
• 也可以通过将指针初始化为字面值0来生成空指针。
• 过去的程序还会用到一个名为NULL的预处理变量(preprocessor variable)来给指针赋值，这个变量在头文件catdlib中定义，它的值就是0.
• 当用到一个预处理变量时，预处理器会自动将它替换为实际值，因此用NULL初始化指针和用0初始化指针是一样的。
• 在新标准下，现在的c++程序最好使用nullptr,同时尽量避免使用NULL
• 把int变量直接赋值给指针是错误的操作，即使int变量的值恰好为0也不行

int zero = 0;
pi = zero;//错误：不能把int变量直接赋值给指针

其它指针操作

• 只要指针拥有一个合法值，就能将它用在条件表达式中。如果指针的值为0，取false，其余取true
• 对于两个类型相同的合法指针，可以用相等操作符(==)或不相等操作符(!=)来比较它们，比较结果为布尔型。
  • 如果两个指针存放的地址值相同，则它们相等，反之它们不相等。
  • 这里的两个指针相等有三种可能情况：它们都为空、都指向同一个对象，或者指向了同一个对象的下一地址。
  • 需要注意的是，一个指针指向某对象，同时另一个指针指向对象的下一个地址，此时也有可能出现这两个指针值相同的情况，即指针相等。

void* 指针

• void指针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，但是我们对该地址中到第是个什么类型的对象并不了解。
• 利用boid*指针能做的事比较有限
  • 与其它指针做比较
  • 作为函数的输入或输出
  • 赋值给另一个void*指针
• 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。
• 概括来说，以void*的视角来看内存空间也仅仅是内存空间，没办法访问内存空间中所存的对象。

double obj = 3.14, *pd = &obj;
void *pv = &obj;//正确：void*能存放任意类型对象的地址，obj可以是任意类型的对象
pv = pd;//pv可以存放任意类型的指针

理解复合类型的声明

• 变量的定义包括一个基本数据类型和一组声明符。在同一条定义语句中，虽然基本数据类型只有一个，但是声明符的形式却可以不同，即一条定义语句可能定义不同类型的变量。

// i是一个int型的数，p是一个int型指针，r是一个int型引用
int i = 1024, *p = &i, &r = i;

指向指针的引用

• 引用本身不是一个对象，因此不能定义指向引用的指针。但指针是对象，所以存在对指针的引用

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

r = &i;//r引用了一个指针，因此给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的类型到第是什么，最简单的办法就是从右向左阅读r的定义，离变量名最近的符号(此例中&r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，此例中的符号*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。