第7章 指针基础

想象一下，你有一张写着朋友家地址的纸条。纸条本身不是房子，但通过它你能找到房子。在C++中，指针就是这张“地址纸条”，它存储的是另一个变量在内存中的位置（地址），而不是数据本身。理解指针是解锁C++高效编程和复杂数据结构（如链表、树）的关键第一步。

7.1 指针是什么：从地址到变量

每个变量在内存中都有一个唯一的地址，就像每个房子有唯一的门牌号。指针变量专门用来存放这些地址。声明指针时，需要在类型后加上星号(*)。

int num = 42;        // 一个普通的整型变量
int *pNum = #   // pNum是一个“指向int的指针”，用&取num的地址赋值给它

下面这个表格清晰地展示了普通变量与指针变量的区别和联系：

我在早期项目中踩过一个坑：声明了指针却忘记初始化。未初始化的指针指向一个随机的、未知的内存地址，解引用它会导致程序崩溃（段错误）。声明指针后，立即将其指向一个有效的地址或设为nullptr，这是一个必须养成的好习惯。

7.2 指针的声明、初始化与使用

指针的声明语法是 类型* 指针变量名。星号(*)靠近类型还是变量名是风格问题，但必须保持一致。我推荐 int* p; 这种写法，强调“指向int的指针”是一个类型。

正确的初始化流程如下：

// 正确示例
int value = 10;
int* ptr1 = &value;      // 方式1：指向已有变量
int* ptr2 = nullptr;     // 方式2：初始化为空（C++11推荐）
// int* ptr3;           // 危险！未初始化，绝对避免

if (ptr1 != nullptr) {  // 使用前检查是好习惯
    *ptr1 = 20;          // 解引用并修改，value现在变为20
    int another = *ptr1; // 解引用获取值，another为20
}

7.3 指针与数组的紧密关系

数组名在大多数情况下会被编译器自动转换为指向其首元素的指针。这是C/C++中一个极其重要且常用的特性。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* p = arr; // 等价于 int* p = &arr[0];

// 通过指针访问数组元素
int first = *p;       // first = 1，访问arr[0]
int second = *(p + 1); // second = 2，访问arr[1]
*(p + 2) = 30;         // arr[2] 被修改为 30

这里引入了指针算术：对指针进行加/减整数操作，移动的距离是以其指向类型的大小为单位的。对于 int* p，p+1 意味着地址增加 sizeof(int) 个字节（通常是4字节），从而指向下一个int。

int arr[3];
int* p = arr;

p++;      // 合法：p现在指向arr[1]
// arr++; // 非法！数组名arr是常量，不能自增。

7.4 指针作为函数参数（传址调用）

回忆第6章的函数参数传递，普通的传值是“复制一份”。如果想在函数内部修改外部变量的值，就需要传递该变量的地址，即使用指针参数。这被称为“传址调用”。

// 一个交换两个整数值的函数
void swap(int* a, int* b) {
    int temp = *a; // 解引用a，获取其指向的值
    *a = *b;       // 将b指向的值，赋给a指向的内存
    *b = temp;     // 将temp的值，赋给b指向的内存
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    swap(&x, &y); // 传递x和y的地址
    // 现在 x == 10, y == 5
}

实际开发中，对于需要修改的简单内置类型（如int, double）或大型结构体，传递指针比传递整个对象的副本更高效。但你必须时刻注意指针的有效性，并在函数内做好空指针检查。

int a = 1, b = 2;
int *p1 = &a, *p2 = &b;
*p1 = *p1 + *p2; // a 变成多少？
p2 = p1;
*p2 = 10; // 现在 a 和 b 的值分别是多少？

void setToZero(int* ptr) {
    ptr = new int(0);
}
int main() {
    int value = 42;
    int* p = &value;
    setToZero(p);
    cout << *p; // 期望输出0，实际呢？
}