陣列,函式與指標 詳解

一 ：關於指標和堆的記憶體分配
先來介紹一下指標 ：　指標一種型別，理論上來說它包含其他變數的地址，因此有的書上也叫它：地址變數。既然指標是一個型別，是型別就有大小，在達內的伺服器上或者普通的ＰＣ機上，都是４個位元組大小,裡邊只是儲存了一個變數的地址而已。不管什麼型別的指標，char * ,int * ,int (*) ,string * ,float * ，都是說明了本指標所指向的地址空間是什麼型別而已，瞭解了這個基本上所有的問題都好象都變的合理了。

在C++中，申請和釋放堆中分配的存貯空間，分別使用new和delete的兩個運算子來完成：
指標型別　指標變數名=new 指標型別 (初始化)；
        delete 指標名;
例如：

1、 int *p=new int(0);
     它與下列程式碼序列大體等價：
2、int tmp=0, *p=&tmp;
區別：p所指向的變數是由庫操作符new()分配的，位於記憶體的堆區中，並且該物件未命名。
　　
下面是關於new 操作的說明　：　

1、new運算子返回的是一個指向所分配型別變數（物件）的指標。對所建立的變數或物件，都是通過該指標來間接操作的，而動態建立的物件本身沒有名字。
2、一般定義變數和物件時要用識別符號命名，稱命名物件，而動態的稱無名物件(請注意與棧區中的臨時物件的區別，兩者完全不同：生命期不同，操作方法不同，臨時變數對程式設計師是透明的)。
3、堆區是不會在分配時做自動初始化的（包括清零），所以必須用初始化式(initializer)來顯式初始化。new表示式的操作序列如下：從堆區分配物件，然後用括號中的值初始化該物件。

下面是從堆中申請陣列
1、申請陣列空間：
指標變數名=new 型別名[下標表示式];
注意：“下標表示式”不是常量表示式，即它的值不必在編譯時確定，可以在執行時確定。這就是堆的一個非常顯著的特點，有的時候程式設計師本身都不知道要申請能夠多少記憶體的時候，堆就變的格外有用。
2、釋放陣列空間：
delete [ ]指向該陣列的指標變數名;
注意：方括號非常重要的，如果delete語句中少了方括號，因編譯器認為該指標是指向陣列第一個元素的，會產生回收不徹底的問題（只回收了第一個元素所佔空間），我們通常叫它“記憶體洩露”，加了方括號後就轉化為指向陣列的指標，回收整個陣列。delete [ ]的方括號中不需要填陣列元素數，系統自知。即使寫了，編譯器也忽略。<<Think in c++>>上說過以前的delete []方括號中是必須新增個數的，後來由於很容易出錯，所以後來的版本就改進了這個缺陷。
下面是個例子，VC上編譯通過
#include<iostream>
using namespace std;
//#include <iostream.h> 　//for VC
#include <string.h>
void main(){
int n;
char *p;
cout<<"請輸入動態陣列的元素個數"<<endl;
cin>>n; //n在執行時確定，可輸入17
p=new char[n]; //申請17個字元（可裝8個漢字和一個結束符）的記憶體空間strcpy(pc,“堆記憶體的動態分配”);//
cout<<p<<endl;
delete []p;//釋放pc所指向的n個字元的記憶體空間return ;　}

通過指標使堆空間，程式設計中的幾個可能問題

１．動態分配失敗。返回一個空指標（NULL），表示發生了異常，堆資源不足，分配失敗。
   data = new double [m]; //申請空間
if ((data ) == 0)…… //或者==NULL
２．指標刪除與堆空間釋放。刪除一個指標p（delete p;）實際意思是刪除了p所指的目標（變數或物件等），釋放了它所佔的堆空間，而不是刪除ｐ本身，釋放堆空間後，ｐ成了空懸指標，不能再通過p使用該空間，在重新給p賦值前，也不能再直接使用p。
３．記憶體洩漏（memory leak）和重複釋放。new與delete 是配對使用的， delete只能釋放堆空間。如果new返回的指標值丟失，則所分配的堆空間無法回收，稱記憶體洩漏，同一空間重複釋放也是危險的，因為該空間可能已另分配，而這個時候又去釋放的話，會導致一個很難查出來的執行時錯誤。所以必須妥善儲存new返回的指標，以保證不發生記憶體洩漏，也必須保證不會重複釋放堆記憶體空間。
４．動態分配的變數或物件的生命期。無名變數的生命期並不依賴於建立它的作用域，比如在函式中建立的動態物件在函式返回後仍可使用。我們也稱堆空間為自由空間（free store）就是這個原因。但必須記住釋放該物件所佔堆空間，並只能釋放一次，在函式內建立，而在函式外釋放是一件很容易失控的事，往往會出錯，所以永遠不要在函式體內申請空間，讓呼叫者釋放，這是一個很差的做法。你再怎麼小心翼翼也可能會帶來錯誤。
類在堆中申請記憶體 ：
通過new建立的物件要呼叫建構函式，通過deletee刪除物件要呼叫解構函式。
CGoods *pc;
pc=new CGoods;  //分配堆空間，並構造一個無名物件
                              //的CGoods物件；
…….
delete pc;  //先析構，然後將記憶體空間返回給堆；        堆物件的生命期並不依賴於建立它的作用域，所以除非程式結束，堆物件（無名物件）的生命期不會到期，並且需要顯式地用delete語句析構堆物件，上面的堆物件在執行delete語句時，C++自動呼叫其解構函式。
正因為建構函式可以有引數，所以new後面類（class）型別也可以有引數。這些引數即建構函式的引數。
但對建立陣列，則無引數，並只呼叫預設的建構函式。見下例類說明：

class CGoods{
          char Name[21];
          int  Amount;
          float Price;
          float Total_value;
public:
 CGoods(){}; //預設建構函式。因已有其他建構函式，系統不會再自動生成預設構造，必須顯式宣告。   CGoods(char* name,int amount ,float price){
           strcpy(Name,name);
           Amount=amount;
           Price=price;
           Total_value=price*amount;　　}
           ……}；//類宣告結束
下面是呼叫機制　：

void main(){
 int n;
 CGoods *pc,*pc1,*pc2;
 pc=new CGoods(“hello”，10，118000);
 //呼叫三引數建構函式   pc1=new CGoods();  //呼叫預設建構函式  cout<<”輸入商品類陣列元素數”<<endl;
 cin>>n;
 pc2=new CGoods[n];
//動態建立陣列，不能初始化，呼叫n次預設建構函式  
 ……
 delete pc;
 delete pc1;
 delete []pc2;  }

申請堆空間之後建構函式執行；
釋放堆空間之前解構函式執行；
再次強調：由堆區建立物件陣列，只能呼叫預設的建構函式，不能呼叫其他任何建構函式。如果沒有預設的建構函式，則不能建立物件陣列。

---------------------下面我們再來看一下指標陣列和陣列指標―――――――――――――
如果你想了解指標最好理解以下的公式 ：
(1)int*ptr;//指標所指向的型別是int

　　(2)char*ptr;//指標所指向的的型別是char

　　(3)int**ptr;//指標所指向的的型別是int* （也就是一個int * 型指標）

　　(4)int(*ptr)[3];//指標所指向的的型別是int()[3] //二維指標的宣告

（１）指標陣列：一個陣列裡存放的都是同一個型別的指標，通常我們把他叫做指標陣列。
比如 int * a[10];它裡邊放了１０個int * 型變數，由於它是一個陣列，已經在棧區分配了１０個(int * )的空間，也就是３２位機上是４０個byte,每個空間都可以存放一個int型變數的地址，這個時候你可以為這個陣列的每一個元素初始化，在，或者單獨做個迴圈去初始化它。
例子：
int * a[2]={ new int(3),new int(4) };     //在棧區裡宣告一個int * 陣列，它的每一個元素都在堆區裡申請了一個無名變數，並初始化他們為３和４，注意此種宣告方式具有缺陷，VC下會報錯
例如　：
int * a[2]={new int[3],new int[3]};
delete a[0];
delet a[10];
但是我不建議達內的學生這麼寫，可能會造成歧義，不是好的風格，並且在VC中會報錯，應該寫成如下　：
int * a[2]；
a[0]= new int[3];
a[1]=new int[3];
delete a[0];
delet a[10];
這樣申請記憶體的風格感覺比較符合大家的習慣；由於是陣列，所以就不可以delete a;編譯會出警告.delete  a[1];
注意這裡 是一個陣列，不能delete [] ;
（ ２ ） 陣列指標　： 一個指向一維或者多維陣列的指標；
int * b=new int[10];　指向一維陣列的指標b ;
注意，這個時候釋放空間一定要delete [] ,否則會造成記憶體洩露， b 就成為了空懸指標.

int (*b2)[10]=new int[10][10]; 注意，這裡的b2指向了一個二維int型陣列的首地址.
注意：在這裡，b2等效於二維陣列名，但沒有指出其邊界，即最高維的元素數量，但是它的最低維數的元素數量必須要指定！就像指向字元的指標，即等效一個字串,不要把指向字元的指標說成指向字串的指標。這與陣列的巢狀定義相一致。
int(*b3) [30] [20];  //三級指標――>指向三維陣列的指標；
int (*b2) [20];     //二級指標；
b3=new int [1] [20] [30];
b2=new int [30] [20];
      兩個陣列都是由600個整陣列成，前者是隻有一個元素的三維陣列，每個元素為30行20列的二維陣列，而另一個是有30個元素的二維陣列，每個元素為20個元素的一維陣列。
      刪除這兩個動態陣列可用下式：
delete [] b3;  //刪除（釋放）三維陣列；
delete [] b2;  //刪除（釋放）二維陣列；
再次重申：這裡的b2的型別是int (*) ，這樣表示一個指向二維陣列的指標。
b3表示一個指向（指向二維陣列的指標）的指標，也就是三級指標.

（ 3 ） 二級指標的指標
看下例 :
int (**p)[2]=new (int(*)[3])[2];
       p[0]=new int[2][2];
       p[1]=new int[2][2];
       p[2]=new int[2][2];
       delete [] p[0];
       delete [] p[1];
       delete [] p[2];
       delete [] p;
注意此地方的指標型別為int (*),碰到這種問題就把外邊的[2]先去掉，然後回頭先把int ** p＝new int(*)[n]申請出來，然後再把外邊的［２］附加上去；
p代表了一個指向二級指標的指標，在它申請空間的時候要注意指標的型別，那就是int (*)代表二級指標，而int (**)顧名思義就是代表指向二級指標的指標了。既然是指標要在堆裡申請空間，那首先要定義它的範圍：（int(*)[n]）[2]，n 個這樣的二級指標，其中的每一個二級指標的最低維是２個元素.（因為要確定一個二級指標的話，它的最低維數是必須指定的，上邊已經提到）。然後我們又分別為p[0],p[1],p[2]…在堆裡分配了空間，尤其要注意的是：在釋放記憶體的時候一定要為p[0],p[1],p[2],單獨delete[] ,否則又會造成記憶體洩露，在delete[]p 的時候一定先delete p[0]; delete p[1]，然後再把給p申請的空間釋放掉 delete [] p ……這樣會防止記憶體洩露。

（３）指標的指標；
int ** cc=new (int*)[10]; 宣告一個１０個元素的陣列，陣列每個元素都是一個int *指標，每個元素還可以單獨申請空間，因為cc的型別是int*型的指標，所以你要在堆裡申請的話就要用int *來申請；
看下邊的例子  (ｖｃ & GNU編譯器都已經通過)；
       int ** a= new int * [2];　　　　　//申請兩個int * 型的空間
       a[1]=new int[3];　　　　　　　　//為a的第二個元素又申請了３個int 型空間,a[1]指向了此空間首地址處
       a[0]=new int[4];　　　　　　　　////為a的第一個元素又申請了４個int 型空間，a[0] 指向了此空間的首地址處
       int * b;
       a[0][0]=0;
       a[0][1]=1;
       b=a[0];
  delete [] a[0]　　　　　　　//一定要先釋放a[0]，a[1]的空間，否則會造成記憶體洩露.;
       delete [] a[1];
  delete [] a;
       b++;
       cout<<*b<<endl;       //隨機數
注意　：因為a 是在堆裡申請的無名變數陣列，所以在delete 的時候要用delete [] 來釋放記憶體，但是a的每一個元素又單獨申請了空間，所以在delete [] a之前要先delete [] 掉 a[0],a[1],否則又會造成記憶體洩露.
（４） 指標陣列　：
　　　
我們再來看看第二種　：二維指標陣列
int *(*c)[3]=new int *[3][2]；
如果你對上邊的介紹的個種指標型別很熟悉的話，你一眼就能看出來c是個二級指標,只不過指向了一個二維int * 型的陣列而已，也就是二維指標陣列。
例子　：
 int *(*b)[10]=new int*[2][10];//
b[0][0]=new int[100];
b[0][1]=new int[100];
*b[0][0]=1;
cout <<*b[0][0]<<endl;    //列印結果為１
delete [] b[0][0];
delete [] b[0][1];
delete [] b;
cout<<*b[0][0]<<endl;    //列印隨機數
　這裡只為大家還是要注意記憶體洩露的問題，在這裡就不再多說了。
如果看了上邊的文章，大家估計就會很熟悉，這個b是一個二維指標，它指向了一個指標陣列

第二種　：
int **d[2];表示一個擁有兩個元素陣列，每一個元素都是int ** 型，這個指向指標的指標：）
　　　d不管怎樣變終究也是個陣列，呵呵，
　　　如果你讀懂了上邊的，那下邊的宣告就很簡單了：
　　　d[0]=new int *[10];
　　　d[1]=new int * [10];
delete [] d[0];
delete [] d[1];

二　：　函式指標　

關於函式指標，我想在我們可能需要寫個函式，這個函式體內要呼叫另一個函式，可是由於專案的進度有限，我們不知道要呼叫什麼樣的函式，這個時候可能就需要一個函式指標；

int a();這個一個函式的宣告；
ing (*b)();這是一個函式指標的宣告；
讓我們來分析一下，左邊圓括弧中的星號是函式指標宣告的關鍵。另外兩個元素是函式的返回型別（void）和由邊圓括弧中的入口引數（本例中引數是空）。注意本例中還沒有建立指標變數-只是宣告瞭變數型別。目前可以用這個變數型別來建立型別定義名及用sizeof表示式獲得函式指標的大小：
unsigned psize = sizeof (int (*) ()); 獲得函式指標的大小
// 為函式指標宣告型別定義
typedef int (*PFUNC) ();

PFUNC是一個函式指標，它指向的函式沒有輸入引數，返回int。使用這個型別定義名可以隱藏複雜的函式指標語法，就我本人強烈建議我們大內弟子使用這種方式來定義；

下面是一個例子，一個簡單函式指標的回撥(在GNU編譯器上通過，在VC上需要改變一個標頭檔案就OK了）

#include<iostream>              //GNU 編譯器 g++ 實現
using namespace std;
/*                              //vc 的實現
#include "stdafx.h"
#include <iostream.h>
*/

#define DF(F) int F(){  cout<<"this is in function "<<#F<<endl;/
      return 0;       /
}
//宣告定義DF(F)替代 int F()；函式；
DF(a); DF(b); DF(c); DF(d); DF(e); DF(f); DF(g); DF(h); DF(i);     //宣告定義函式 a b c d e f g h i

// int (*pfunc)();              //一個簡單函式指標的宣告
typedef int(*FUNC)();   //一個函式指標型別的宣告

FUNC ff[] = {a,b,c,d,e,f,g,h,i};   //宣告一個函式指標陣列，並初始化為以上宣告的a,b,c,d,e,f,g,h,i函式

FUNC func3(FUNC vv){    //定義函式func3，傳入一個函式指標，並且返回一個同樣型別的函式指標
      vv();
      return vv;
}

/*FUNC func4(int (*vv)()){      //func3的另一種實現
      vv();
      return vv;
}*/

int main(){
      for(int i=0;i<sizeof(ff)/sizeof (FUNC);i++){  //迴圈呼叫函式指標
              FUNC r=func3(ff[ i ]);
              cout<<r()<<endl;                //輸出返回值，只是返回了0
      }
      return 0;
}
到目前為止，我們只討論了函式指標及回撥而沒有去注意ANSI C/C++的編譯器規範。許多編譯器有幾種呼叫規範。如在Visual C++中，可以在函式型別前加_cdecl，_stdcall或者_pascal來表示其呼叫規範（預設為_cdecl）。C++ Builder也支援_fastcall呼叫規範。呼叫規範影響編譯器產生的給定函式名，引數傳遞的順序（從右到左或從左到右），堆疊清理責任（呼叫者或者被呼叫者）以及引數傳遞機制（堆疊，CPU暫存器等）。
好了，先到此為止吧，寫這篇文章耗費了基本上快半天的時間了，很多事情還沒有做，等改天有時間再回來整理，所有的源程式都放在openlab3伺服器上我的目錄下lib/cpp下，大家可以去拿。不知道的登陸openlab3 然後cd ~chengx/lib/cpp就可以看到了。

還有很複雜的宣告可能也是一種挑戰 比如<<Think in c++>>裡的
int (*(*f4())[10]();的宣告,f4是一個返回指標的函式，該指標指向了含有10個函式指標的陣列，這些函式返回整形值；不是這個函式有特別之處，而是Bruce Eckel 說的“從右到左的辨認規則”是一種很好的方法，值得我們去學習，感謝他：)

最後我想應該跟大家說一下，寫程式應該就象JERRY所說的：簡單就是美；我們應該遵循一個原則 ： KISS （Keep It Simple,Stupid ,儘量保持程式簡單 出自 ：《Practical C programming》），把自己的程式儘量的簡單明瞭，這是個非常非常好的習慣。