面试官：指针都不会，我们不需要你这样的人！

上周，学弟在一个面试中，被考官问到了有关指针的问题。然鹅，学弟说了半天，最终也没能让考官满意。为此我还替他捏了一把冷汗！鉴于此，今天我来写一篇关于指针的初级干货，让你在面试官前有得扯，并扯清楚！

1. 初识指针

什么是指针呢？想想，我们脑海里的指针大概长什么样：

这样？那我们今天就来聊一聊“指针”表的使用方法吧！

咳咳，不开玩笑了!
在编程语言中，指针可比你上面能看到的“指针”抽象得多。所以在学习时，我们常常知道有指针这么个东西，但是又迷迷糊糊不知道怎么用它。下面，我就来带大家直观地感受一下什么是指针！

简单来说，指针是一种特殊的变量。特殊在于，这种变量存储的不是普通值（比如1，2，100，‘q’）；它存储的是内存地址，比如0x101、0x886等。

不理解也没关系，下面我画了一张示意图，让大家直观地看一下什么是指针：

注：图中的0x886等都是为方便说明假定的虚拟地址。

我们都知道，变量的存储是需要占用内存空间的。
图中，Age是一个变量，它的存放地址是0x886，存放的值是18。
pAge是一个指针，也可以说是一个特殊的变量。它的存放地址是0x601，存放的内容是0x886。

对比，很容易发现，指针和变量有很多相似之处；不同之处在于，指针存放的是内存地址。

再仔细观察一下，可以发现：指针pAge中存储的地址=变量Age的内存地址。因此也可以说，指针pAge是指向内存单元Age的特殊变量。

相信说到这里，大家对指针已经有一个直观地认识了。那么我们如何去使用它呢？
掌握下面四个部分，大家就可以轻松上手指针了：

1. 声明指针
2. 使用 & 获取变量地址
3. 使用指针存储地址
4. 使用 * 访问指向的数据

下面我们就来分别学习这四个部分吧！

(1) 声明指针

指针作为一种特殊变量，也是需要声明的。我们先回忆下，之前在【C++养成计划】深入浅出——变量作用域（Day3）中，我们是如何声明一个int类型变量的：

int Age; //声明一个变量Age

在声明指针时，也需要指明类型。而该类型，比如int，对应的是该指针指向内存单元中存储的数的类型。

int *pAge; //声明一个指针变量

在声明变量时，我们一般会将变量初始化为0。同样，在声明指针时，我们也不希望它指向随机的内存单元。因此会将指针初始化为NULL。

int Age = 0;
int *pAge = NULL;

注：初始化为NULL的指针被称为NULL指针或空指针，空指针（即pAge）是一个定义在标准库中的值为零的常量。

(2) 使用 & 获取变量地址

符号 & 被称为引用运算符。如果Age表示一个变量，&Age将是存储该变量的内存地址。
下面，我们举一个简单的例子，来获取变量Age的地址：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int Age=18;
	cout<<"变量Age存放在内存中的地址是："<<hex<<&Age<<endl;
	return 0;
}

运行后输出结果：

注：程序中的hex，是为了输出的格式为16进制，这是地址表示的一种约定。

(3) 使用指针存储地址

我们知道了指针是用于存储内存地址的变量，也知道了如何声明指针以及获取变量的地址。现在就可以将它们关联起来，使用指针来存储 & 获取的地址。

如上图所示，这次我们就可直接通过&Age获取地址，将其传给指针pAge。
下面举一个小例子，来声明和初始化指针。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int Age = 18;
	cout<<"变量Age存放在内存中的地址是："<<hex<<&Age<<endl;
	int *pAge = &Age;
	cout<<"指针pAge中存放的地址是："<<hex<<pAge<<endl;
	return 0;
}

运行结果：

可见，变量Age存放在内存中的地址=指针pAge中存放的地址。说明引用运算符 & 取到了Age的内存地址，并传给了指针pAge。

(4) 使用 * 访问指向的数据

符号 * 也被称为解除引用运算符。通常，只要是合法的指针pAge，我们就可以通过 *pAge 访问指针pAge包含的地址处存储的值。（注意是访问地址所对应的值，而不是地址）
下面，举一个简单的例子：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int Age = 18;
	cout<<"Age = "<<Age<<endl;
	int *pAge = &Age;
	cout<<"*pAge = "<<*pAge<<endl; 
	return 0;
}

运行结果：

简单来说，指针pAge是指向变量Age对应的内存单元的，所以通过符号 * 就可以获得Age对应的值。

2. 动态内存分配

为了帮助开发者更好地管理应用程序占用的内存，C++提供了两个运算符：new和delete。指针是包含内存地址的变量，在高效分配内存方面扮演了重要的角色。

(1) new/delete动态分配和释放内存

当你使用new来分配内存块时，如果成功，new将返回指向一个指针，指向一个分配的内存，否则将引发异常。
使用new为一个int类型的数分配内存：

int *pNum = new int;

使用new为多个元素分配内存：

int *pNums = new int[10];

注：new请求分配内存时，并不能保证请求总能得到满足，因为这取决于系统的状态以及内存资源的可用性。

使用new分配的内存最终都需要使用对应的delete进行释放：

1. 对于一个元素的情况：

int *pNum = new int;  //分配内存空间
-----程序块-----
delete pNum;  //释放内存空间

2. 多个元素的情况

int *pNums = new int[10];  //分配内存空间
-----程序块-----
delete[] pNUms;  //释放内存空间

注：不再使用分配的内存后，一定要通过delete释放，否则可能出现内存泄漏。

下面举一个简单的例子：开辟一个内存空间来存放年龄，在输出存储年龄的内存地址后，再释放分配的内存空间。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int *pAge = new int;
	cout<<"请输入您的年龄：";
	cin>>*pAge;
	cout<<"存储年龄的内存地址是："<<hex<<pAge<<endl;
	delete pAge;
	return 0;
}

运行结果：

(2) 带关键字const的指针

在前面【C++养成计划】深入浅出——变量作用域（Day3）中讲过，将变量声明为const时，变量的取值在整个生命周期内固定为初始值。这种变量的值是不能修改的。
指针也是变量，因此也可以将const用于指针。const指针有以下三种：

1. 指针指向的数据为常量，不能修改。但可以修改指针包含的地址，即指针可以指向其他地方。

int Age = 18;
const int *pAge = &Age;  //不能更改pAge指向的数据Age的值
 2. 想将Age改为20，错误的做法
*pAge = 20;  //错误
 3. 正确的做法
int CopyAge = 20;
pAge = &CopyAge; //可改变指针指向的地址

2. 指针包含的地址是常量，不能修改，单可修改指针指向的数据。

int Age = 18;
int* const pAge = &Age;
*pAge = 20; //做法正确，可以改变值

3. 指针包含的地址以及他指向的值都是常量，因此都不能修改。

int Age = 18;
const int* const pAge = &Age;

(3) 指针 VS 数组

当我们声明一个数组时，比如下面这样：

int Array[10];

编译器将分配固定的内存，用于存储10个整数。同时向你提供一个指向数组中第一个元素的指针。换句话说，Array是一个指针，指向第一个元素Array[0]。下面程序演示了这种关系：

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int Array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
	int *pNum = Array;
	cout<<"*pNum = "<<*pNum<<endl;
	cout<<"Array[0] = "<<Array[0]<<endl; 
	return 0;
}

运行结果：

由此可见，数组名是一个指针，且指向第一个元素。

3. 使用指针时的常见错误

(1) 内存泄漏

如果在使用new动态分配的内存不再需要后，开发者没有及时使用delete释放内存的话，这些内存就会被预留并分配给你的应用程序。这将减少可供其他应用程序使用的系统内存量，甚至会降低应用程序的执行速度，这就是所说的内存泄漏。
比如下面这样：

int* pNums = new int[10];
-----程序块-----
//忘记进行delete[]

忘记对已经请求分配的内存进行delete，很容易造成内存泄漏，我们在使用new请求分配动态内存时，一定要注意这个。

(2) 无效指针

使用运算符 * 对指针解除引用，以访问指向的值时。务必确保该指针指向了有效的内存单元，否则程序很可能崩溃。
导致指针无效的原因很多，但都要归结于糟糕的内存管理。这里仅介绍两种常见的引起指针无效的情形：

1. 声明指针过程中，没有将其初始化为NULL，并且在后面也没有对指针赋以有效的地址。
2. 使用new为指针申请动态内存时，当内存需要量特别大时，可能分配不成功，导致无效指针。比如下面这样：

int* pNums = new int[10000000000]; //申请的内存量太大，可能导致分配不成功

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