【原創】淺談指標（三）

計算機知識雜談發表於2021-10-04
指標

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https://www.cnblogs.com/jisuanjizhishizatan/p/15365823.html

前言

我寫本文的初衷是為了讓更多的人瞭解指標。最近一直有人在我的博文點反對，我也不想點名，只是想說：不要對指標懷有偏見。你可以認為本文的東西都在胡扯，但是，不管如何，請你自己在自己的電腦上執行一下，檢驗我的言論是否正確。我撰寫這些文章之前，一定閱讀了很多參考資料，不會隨便亂寫一通。如果真有什麼錯誤之處，也請大家在評論區指出。

引用和指標

言歸正傳，上期我們講了swap函式，花了很大的篇幅。但是，仔細觀察algorithm庫中的swap，在呼叫的時候不需要寫&符號取地址？這是由於它使用了C++的引用機制。
什麼是引用？它和指標有什麼異同之處？我們一起觀察。首先，我們看一個簡短的例子。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
  int a=10;
  int &ref=a;
  printf("a..%d,ref..%d\n",a,ref);
  ++a;
  printf("a..%d,ref..%d\n",a,ref);
  return 0;
}

把第7行的++a換為++ref，結果相同。
int &ref=a，表示建立一個變數為a的引用，名為f。很多書上這樣寫：

ref相當於a的別名，使用ref就是使用a。

我可以負責任的告訴你，上述描述是錯誤的。
事實上，ref和a，不是“別名”的關係，而是兩個使用相同地址的變數。一般定義兩個變數，它們地址一定不相同，但是引用變數和被引用變數的地址相同，才能導致“修改ref就是修改a”的效果。
在swap中，如果我們指定引數中的ab和main中的ab地址相同，就可以“不使用指標進行交換”了。（但是其實C++編譯過程中，引用就是用指標實現的）我們可以這樣寫程式碼：

void Swap(int &a,int &b){
    int t=a;a=b;b=t;
}

這樣一來，swap中的ab和main中的ab地址相同，就可以直接交換，省去了取地址的操作。

引用的內部實現

我們嘗試把這一篇中，使用引用的swap和上一篇使用指標的swap進行反彙編，看看生成的彙編程式碼有何不同。我這邊使用線上工具：https://godbolt.org/
實驗證明：兩個swap函式內部完全相同。這也表明，C++在編譯的時候，會把引用當作指標處理。
事實上，不可能存在地址完全相同的變數，其中一個變數必定是指標才能實現這樣的效果（即讓其中一個變數指向另一個）。只不過，我們在引用的書寫中，不需要多寫一個&符號和*符號而已。

可變長結構體

注：這一段是參考《征服C指標》寫的，由於該書出版第一版時C99未發行，因此可能內容與最新的C或C++有一定出入，見諒。
假設我們要開發一個畫圖軟體，其中有一個折線的功能。折線是由多條直線構成的，因此，結構體應該這樣定義：

struct Point{
    int x,y;
};
struct Line{
    Point p1,p2;
};
struct Polyline{
    int n;
    Line *l;
};

如果要對Polyline分配記憶體，那麼必須使用new分配兩次記憶體。一次給polyline整體分配記憶體，第二次需要給成員l分配記憶體。（原書由於是C語言，寫的是malloc，本文給了一些修改）

Polyline *p;
p=new Polyline;
p.l=new Line [n];

但是我們可以這樣寫結構體，這樣只需分配一次記憶體了。

struct Polyline{
  int n;
  Line l[1];
};

然後使用如下的方法分配記憶體：

p=(Polyline*)malloc(sizeof(Polyline)+n*sizeof(Line));

雖然陣列只定義了一個，但是在分配p空間的時候，我們發現，多分配了n個空間，給到後面的Line。這樣一來，即使Line的後續元素（第2個，第3個）不在結構體中，也能使用。圖示如下：（自己畫的）

這種寫法稱作可變長結構體。在C99中，專門擴充套件了這個語法（之前的這種寫法都屬於“違反標準的技巧”），並且可以在定義最後元素l的時候直接使用空方括號[]。

free/delete

free和delete用於釋放記憶體。free一般用於C語言，釋放malloc的記憶體。delete用於C++，釋放new的記憶體。程式例項：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
    int *p=new int;
    *p=100;
    cout<<*p;
    delete p;
}

如果把第4行的new換為malloc，那麼最後一行也要換為free(p)。
注意事項：
1.以前有個函式叫做cfree，和calloc配對使用。（calloc也用於記憶體分配）但是現在建議大家不要使用cfree。
2.delete陣列的時候，要加上[]符號，例如 delete []p
3.小心多個指標同時指向同一記憶體時，如果free掉其中一個指標，其他指標仍在使用將會非常危險。

今天內容到此為止。

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