C++ 指针入门：掌握基础与应用

C++ 指针是程序设计中的重要概念，它允许程序员以更高层次的抽象来操作内存。通过指针，我们可以动态地管理内存、实现高效的算法设计、优化程序性能。理解指针不仅能够帮助我们编写更高效、灵活的代码，还能深入理解 C++ 的内存管理机制。本篇指南将逐步引导你从基础到应用，全面掌握 C++ 中指针的使用。

定义与创建

在 C++ 中，指针是一种特殊的变量，用于存储另一个变量的内存地址。创建一个指针变量，首先要声明它的类型，然后可以初始化为一个有效的地址或 NULL。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int num = 10; // 定义一个整数变量

    int* ptr; // 定义一个指向整数的指针
    ptr = &num; // 初始化指针为 num 的地址
    cout << "Address of num: " << &num << endl;
    cout << "Value pointed by ptr: " << *ptr << endl;
    return 0;
}

初始化和赋值

指针可以通过初始化或者动态分配内存后赋值来使用。

int main() {
    int num = 10; // 定义一个整数变量
    int* ptr = # // 声明并初始化指针为 num 的地址

    int a = 5;
    int* ptr2 = &a; // 直接初始化指针为 a 的地址

    return 0;
}

初始化空指针

在指针初始化时，可以立即赋予 NULL：

int main() {
    int* ptr = nullptr;
    if (ptr == nullptr) {
        cout << "Pointer is null." << endl;
    }
    return 0;
}

指针与变量

指针可以通过 * 操作符访问其引用的变量值。以下示例展示了如何通过指针修改整数变量的值：

int main() {
    int num = 10;
    int* ptr = #

    *ptr = 20; // 通过指针修改 num 的值
    cout << "Modified value: " << num << endl;

    return 0;
}

指针指向不同类型的变量

指针可以指向不同类型的变量，这被称为类型不匹配。以下例子展示了指针如何指向结构体变量：

struct Person {
    string name;
    int age;
};

int main() {
    Person person = {"John", 30};
    Person* personPtr = &person;

    cout << "Name: " << personPtr->name << endl;
    cout << "Age: " << personPtr->age << endl;
    return 0;
}

指针支持加减运算，这有助于实现复杂的数据结构操作。

增减

使用加减运算符可以移动指针指向的地址：

int main() {
    int num = 10;
    int* ptr = #
    int* ptr2 = ptr + 1; // 移动到下一个地址
    cout << "Ptr moved: " << *ptr2 << endl;

    return 0;
}

指针与数组

通过指针，我们可以直接访问数组元素，而不需要通过数组名间接访问：

int main() {
    int arr[5] = {0, 1, 2, 3, 4};
    int* ptr = arr;

    cout << "Element at arr[1]: " << (*ptr)++ << endl;
    cout << "Element at ptr after increment: " << *ptr << endl;

    return 0;
}

使用 new 和 delete 进行内存的动态分配和释放：

int main() {
    int* dynPtr = new int;
    *dynPtr = 42;
    cout << "Value: " << *dynPtr << endl;

    delete dynPtr;
    dynPtr = nullptr;

    return 0;
}

指针可以用于遍历和操作数组元素，提高代码效率：

int main() {
    int arr[5] = {0, 1, 2, 3, 4};
    int* ptr = arr;

    for (; ptr < arr + 5; ptr++) {
        cout << *ptr << endl;
    }

    return 0;
}

通过上述示例和解释，你已经对 C++ 指针的基本概念、使用方法和一些高级应用有了深入的理解。掌握指针，不仅能让你写出更灵活、高效的代码，还能为深入学习更复杂的数据结构和算法打下坚实的基础。