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C++ Primer Plus學習筆記之複合類型（下）

作者：好先生FX

前言

個人覺得學習程式設計最有效的方法是閱讀專業的書籍，通過閱讀專業書籍可以建構更加系統化的知識體系。 一直以來都很想深入學習一下C++，将其作為自己的主力開發語言。現在為了完成自己這一直以來的心願，準備認真學習《C++ Primer Plus》。 為了提高學習效率，在學習的過程中将通過釋出學習筆記的方式，持續記錄自己學習C++的過程。

本篇前言

本章首先将介紹除類以外的所有複合類型，以及将介紹new和delete及如何使用它們來管理資料。另外，還将簡要地介紹string類，它提供了另一種處理字元串的途徑。

七、指針和自由存儲空間

指針是一個變量，其存儲的是值的位址，而不是值本身。通過對變量應用位址運算符（&），可以獲得正常變量的位址。代碼如下：

// address.cpp -- 使用 & 操作符查找位址
#include <iostream>
int main()
{
    // 作者：好先生FX
    using namespace std;
    int age = 18;
    cout << "age 變量的值等于" << age << "\n";
    cout << "age 變量的存儲位址是" << &age << endl;
    return 0;
}

運作結果如下：

age 變量的值等于18
age 變量的存儲位址是0xf00d5ff69c

*運算符稱為間接值（indirect value）或解除引用（dereferencing）運算符将其應用于指針，可以得到該位址處存儲的值（這和乘法使用的符号相同，C++根據上下文來确定所指的是乘法還是解除引用）。

// pointer.cpp -- 我們的第一個指針變量
#include <iostream>
int main()
{
    using namespace std;
    int age = 18;// 聲明一個變量
    int *p_age;// 聲明指向int類型的指針
    p_age = &age; // 将int類型的位址賦給指針
    cout << "age 變量的值等于" << age ;
    cout << "，*p_age 的值是" << *p_age ;
    cout << "，p_age 的值是" << p_age << endl;
    // 使用指針改變變量值
    *p_age = *p_age + 1;
    cout << "現在 age 變量的值等于" << age << endl;
    return 0;
}

運作結果如下：

age 變量的值等于18，*p_age 的值是18，p_age 的值是0x20237ffad4
現在 age 變量的值等于19

提示：

*運算符兩邊的空格是可選的，對編譯器來說沒有任何差別。以下四種寫法都是等價的：

int*p_age;
int *p_age;
int* p_age;
int * p_age;

1、聲明和初始化指針

對每一個指針變量名，都需要使用一個 * ，int *是一種複合類型，是指向int的指針。

int *p1, p2;

以上代碼表示的是，聲明一個指針（p1）和一個int變量（p2）。

double *p_price;

以上代碼，聲明了一個指向double的指針，是以編譯器知道*p_price是一個double類型的值。和數組一樣，指針都是基 于其他類型的。

雖然p_age和p_price指向兩種長度不同的資料類型，但這兩個變量本身的長度通常是相同的。

可以在聲明語句中初始化指針。在這種情況下，被初始化的是指針，而不是它指向的值。也就是說下面的語句将p_age（而不是*p_age）的值設定為&age：

int age = 18;
int *p_age = &age;

2、指針的危險

在C++中建立指針時，計算機将配置設定用來存儲位址的記憶體，但不會配置設定用來存儲指針所指向的資料的記憶體。

int *p_age;
*p_age = 18;

p_age指向的地方可能并不是要存儲18這個值得地方，一定要在對指針應用解除引用運算特（*）之前，将指針初始化為一個确定的、适當的位址。

3、指針和數字

指針不是整型、雖然計算機通常把位址當作整數來處理。

要将數字值作為位址來使用，應通過強制類型轉換将數字轉換為适當的位址類型，代碼如下：

int *p_age;
p_age = (int*)0x3041bffbe4;

注意：

p_age是int值的位址并不意味着p_age本身的類型是int。例如，在有些平台中，int類型是個2位元組值，而位址是個4位元組值。

4、使用new來配置設定記憶體

通過new運算符，可以為需要的類型資料配置設定一個長度正确的記憶體塊，并傳回該記憶體的位址。

為一個資料對象 (術語“資料對象”比“變量”更通用，它指的是為資料項配置設定的記憶體塊。這裡的“對象”不是“面向對象給程”中的對象，而是一樣“東西”。) 獲得并指定配置設定記憶體的通用格式如下：

typeName *pointer_name = new typeName;

new typeName告訴程式，需要适合存儲typeName類型的記憶體。

在C++中，值為0的指針被稱為空指針。

5、使用delete釋放記憶體

通過delete運算符，可以在使用完記憶體後，能夠将其歸還給記憶體池。

int * ps = new int;
delete ps;

上述代碼會釋放ps指向的記憶體，但不會删除指針ps本身。一定要配對的使用new和delete；否則将發生記憶體洩漏（memory leak）。

6、使用new來建立動态數組

使用new和delete時，應遵守以下規則：

  • 不要使用delete來釋放不是new配置設定的記憶體。
  • 不要使用delete釋放同一個記憶體塊兩次。
  • 如果使用new[]為數組配置設定記憶體，則應使用delete[]來釋放。
  • 如果使用new為一個實體配置設定記憶體，則應使用delete（沒有方括号）來釋放。
  • 對空指針應用delete是安全的。

建立一個包含10個包含int元素的數組然後釋放記憶體，可以通過如下代碼：

int * psome = new int [10];
delete [] psome;

由于psome指向數組的第一個元素，是以*psome是第一個元素的值。要通路第二個及之後的元素方括号加數字可以通過如下代碼：

var p1 = psome[0];//通路第一個元素
var p2 = psome[1];//通路第二個元素
...
var p10 = psome[9];//通路第十個元素

對指針psome進行算術運算，可以修改指針指向的位址。例如通過如下代碼，可以将psome[0]指向數組的第二個元素：

psome = psome + 1;
var p1 = psome[0];//通路第二個元素

八、指針、數組和指針算術

指針和數組基本等價的原因在于指針算術（poimter aritmetic）和 C++内部處理數組的方式。

将整數變量加1後，其值将增加1; 但将指針變量加1後，增加的量等于它指向的類型的位元組數。

數組表達式psome[1]，C++編評器将該表達式看作是*(psome+1)，也就是先對指針進行算術運算移動位址至第二個元素的位址，然後通過*對指針進行解引用得到其中的值。

在多數情況下，C++将數組名視為數組的第1個元素的位址。

一種例外情況是，将sizeof運算符用于數組名用時，此時将傳回整個數組的長度（機關為位元組）。

建立動态結構時不能将成員運算符句點用于結構名，因為這種結構 沒有名稱，隻是知道它的位址。C++專門為這種情況提供了一個運算符：箭頭成員運算符（->）。該運算符由連字元和大于号組成，可用于指向結構的指針，就像點運算符可用于結構名一樣。

根據用于配置設定記憶體的方法，C++有3種管理資料記憶體的方式：自動存儲、靜态存儲和動态存儲（有時也叫作自由存儲空間或堆）。

  • 自動存儲：在函數内部定義的正常變量使用自動存儲空間，被稱為自動變量（automatic variable），這意味着它們在所屬的函數被調用時自動産生,在該函數結束時消亡。
  • 靜态存儲：是整個程式執行期間都存在的存儲方式。使變量成為靜态的方式有兩種：一種是在函數外面定義它；另一種是在聲明變量時使用關鍵字static。
  • 動态存儲：new和delete運算符提供了一種比自動變量和靜态變量更靈活的方法。它們管理了一個記憶體池，這在C++中被稱為自由存儲空間 （free store）或堆 （heap）。該記憶體池同用于靜态變量和自動變量的記憶體是分開的。

九、類型組合

本章介紹了數組、結構和指針。

從結構開始：

struct Person // 聲明結構
{
    char name[20];
    int age;
};

建立這種類型的變量：

Person p1;

然後使用成員運算符通路其成員：

p1.name = "張三";

可建立指向這種結構的指針：

Person * pp1 = &p1;

該指針設定為有效位址後，就可以使用間接成員運算符來通路成員：

pp1->name = "張三";

建立結構數組：

Person persons[3];

然後，可以使用成員運算符通路元素的成員：

persons[0].name = "張三";

由于數組名是一個指針，是以可以直接使用間接成員運算符：

(persons + 1)->name = "李四";// 與persons[1].name = "李四";相同

可建立指針數組：

Person * ppersons[3] = {  &p1 , &p2 , &p3 };

通過間接成員運算符通路：

cout << pperson[0]->name << endl;

建立指向數組的指針：

const Person ** pppersons = ppersons;

C++11提供了可以推斷類型的auto關鍵字，可以更友善地聲明指向數組的指針：

auto apppersons = ppersons;

由于apppersons是一個指向結構指針的指針，是以*apppersons是一個結構指針，可通過間接成員運算符通路元素：

cout << (*apppersons)->name << endl;
cout << *(apppersons+1)->name << endl;

十、數組的替代品

模闆類vector和array是數組的替代品。

1、模闆類vector

模闆類vector類似于string類，也是一種動态數組。可以在運作階段設定vector對象的長度，可在末尾附加新資料，還可在中間插入新資料。基本上，它是使用new建立動态數組的替代品。實際上，vector類确實使用new和delete來管理記憶體，但這種工作是自動完成的。

首先，要使用vector對象，必須包含頭檔案vector。其次，包含頭檔案 包含在名稱空間std中。再次，模闆使用不同的文法來指出它存儲的資料類型。最後，vector類使用不同的文法來指定元素數。下面是一些示例;

#include <vector>
...
using namespace std;
vector<int> vi;//建立一個int類型長度為0的數組
int n;
cin >> n;
vector<double> vd(n);//建立一個有n個元素的double類型數組

由于vector對象可自動調整長度，是以可以将的切始長度設定為零。但要調整長度，需要使用vector包中的各種方法。

一般而言，下面的聲明建立一個名為vt的vector對象，它可存儲n_elem個類型為typeName的元素：

vector<typeName> vt (n_elem);

其中參數n_elem可以是整型常量，也可以是整型變量、

2、模闆類array（C++11）

vector類的功能比數組強大，但付出的代價是效率稍低，如果您需要的是長度固定的數組，使用數組是更佳的選擇，但代價是不那麼友善和安全。基于上述情況，C++11新增了模闆類array，它也位于名稱空間std中。與數組一樣，array對象的長度也是固定的，也使用棧（靜态記憶體配置設定），而不是自由存儲區，是以其效率與數組相同，但更友善，更安全。要建立array對象，需要包含頭檔案array。array對象的建立文法與 vector稍有不同：

#include <array>
...
using spacename std;
array<int,3> ai;//建立包含5個int類型的array對象
array<double,4> ad = {1.1 , 2.2 , 3.3 , 4.41};

建立一個名為arr包含n_elem個類型為typeName的array對象：

array<typeName , n_elem> arr;

與vector對象不同的是，n_elem不能是變量。

3、比較數組、vector對象和array對象

  • 無論是數組、vector對象還是array對象，都可使用标準數組表示法來訪同各個元素。
  • array對象和數組存儲在相同的記憶體（即棧）中，而vector對象存儲在另個區域（自
  • 自存儲區或堆）中。
  • 可以将一個array對象賦給另一個array對象；而對于數組，必須逐元素複制資料。
學習筆記 複合類型 rime
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