第2章 2.3复合类型

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2.3 复合类型


复合类型是指基于其他类型定义的类型。C++有几种符合类型,其中两种为: 引用、指针

2.3.1 引用

引用为对象起了另外一个名字,引用类型引用另外一种类型。通过将声明符写成 &d 的形式来定义引用类型,其中 d 是声明的变量名:

int a = 1024;
int &b = a;  // b指向a(实际上,b是a的另外一个名字,它们表示的是同一个对象)
int &b;      // 报错:引用必须被初始化

一般在初始化变量时,初始值会被拷贝到新建的对象中。然而定义引用的时候,程序是把引用和它的初始值绑定在一起,而不是将初始值拷贝给引用。一旦初始化完成,引用将和它的初始值对象一直绑定在一起,因此无法令引用重新绑定到另外一个对象,因此引用必须初始化

【引用即别名】

引用并非对象,它只是为一个已经存在的对象所起的另外一个名字。

​ 定义了一个引用后,对其进行的所有操作都是在与之绑定的对象上进行的:

int a = 1;
int &b = a;
b = 2;        // 即把2赋给b所指向的对象,即把2赋给了a
int c = b;    // 相当于执行 c = a
int &d = b;   // 相当于将d绑定到了b绑定的对象上,即绑定到a上
int e = b;    // e被初始化为a的值

因为引用本身不是一个对象,所以不能定义引用的引用。

【引用的定义】

​ 允许在一条语句中定义多个引用,其中每个引用标识符都必须以符号 & 开头:

int i = 1, i2 = 2;        // i 和 i2 都是int
int &r = i, r2 = i2;      // r是一个引用,与i绑定;r2是int
int i3 = 1024, &ri = i3;  // i3是int,ri是一个引用,与i3绑定
int &r3 = i3, &r4 = i2;   // r3 和 r4 都是引用

​ 除了一些特殊情况外,引用的类型都要和与之绑定的对象严格匹配。另外,引用只能绑定在对象上,不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起

int &i = 10;      // 错误:引用类型的初始值必须是一个对象
double k = 3.14;
int &j = k;       // 错误:此处引用类型的初始值必须是个int型对象

2.3.2 指针

指针是“指向”另外一种类型的复合类型。定义指针类型的方法是将声明符写成 *d 的形式,其中d是变量名。如果在一条语句中定义了几个指针变量,那么每个指针变量前都必须有符号 *:

int *p1, *p2;    // p1 和 p2 都是指向int型对象的指针
double *d1, d2;  // d1是指向double型对象的指针,d2是double型对象
【指针和引用的区别】

​ 与引用类似,指针也实现了对其他对象的间接访问。然而,指针和引用相比又有很多不同点:

(1)指针本身就是一个对象,允许对指针赋值和拷贝,并且在指针的生命周期里它可以先后指向多个不同的对象;

(2)指针无须在定义的时候赋初值。与其它内置类型一样,在块作用域内定义的指针如果没有被初始化,也将拥有一个不确定的值。

【获取对象的地址】

​ 指针存放某个对象的地址,要想获取该地址,需要使用取地址符(操作符&)

int i = 42;
int *p = &i;  // p存放变量i的地址

在声明语句中,指针的类型实际上被用于指定它所指向对象的类型,因此除了一些特殊情况外,指针的类型要和它所指向的对象严格匹配:

double a;
double *b = &a;  //正确:初始值是double对象的地址
double *b1 = b;  //正确:初始值是指向double对象的指针

int *c = b;      //错误:指针c的类型和a的类型不匹配
c = &a;          //错误:试图把double型对象的地址赋给int型指针

【注意】因为引用不是对象,没有实际地址,因此不能定义指向引用的指针。

【利用指针访问对象】

​ 如果指针指向了一个对象,则允许使用**解引用符(操作符*)**来访问对象。对指针解引用会得出所指的对象,因此如果给解引用的结果赋值,实际上就是给指针所指的对象赋值:

int a = 1;
int *b = &a;
cout << *b;    //会输出 1
*b = 2;        //相当于为a赋值2
cout << a;     //输出 2
【空指针】

空指针不指定任何对象,在试图使用一个指针前代码可以首先检查它是否为空。下列几种方法都可以生成空指针:

int *ptr1 = nullptr;    // 等价于 int *ptr1 = 0;
int *ptr2 = 0;          // 直接将p2初始化为字面值常量0
int *ptr3 = NULL;       // 等价于 int *ptr3 = 0;

​ 得到空指针最直接的办法就是用字面值nullptr来初始化指针,这是C++11新标准刚引入的一种方法。nullptr是一种特殊类型的字面值,它可以被转换成任意其它指针。另一种办法就是通过将指针初始化为字面值0来生成空指针。

过去的程序会用到一个名为NULL预处理变量来给指针赋值,这个变量在头文件cstdlib中定义,它的值就是0。在程序中,当用到一个预处理变量时,预处理器会自动地将它替换为实际值,因此用NULL初始化指针和用0初始化指针是一样的。但是在新标准下,最好使用nullptr,而不要用NULL。另外,把int变量直接赋给指针是错误的操作,即使这个int变量的值正好是0:

int i = 0;
int *ptr = i;  // 错误:不能把int变量的值直接赋给指针
【赋值和指针】

​ 引用本身并不是一个对象,一旦定义了引用,就无法令其再绑定其它的对象,之后每次使用这个引用都是访问其最初绑定的那个对象。然而,指针和它存放的地址之间并没有这种限制,和其他任何变量一样,给指针赋值就是令它存放一个新的地址,从而指向一个新对象:

int i = 1;
int *ptr = 0;   // ptr被初始化,但没有指向任何对象
int *ptr1 = &i; // ptr1被初始化,存有i的地址
int *ptr2;      // 如果ptr2定义于块内,则ptr2的值无法确定

ptr2 = ptr1;    // ptr2 和 ptr1指向同一个对象i
ptr1 = 0;       // 现在ptr1不指向任何对象

​ 要搞清楚一条赋值语句到底是改变了指针的值还是改变了指针所指对象的值,最好的办法就是记住赋值永远改变的是等号左侧的对象。例如:

int i = 0;
int *ptr;
ptr = &i;    // ptr的值被改变,现在ptr指向了i
*ptr = 2;    // i的值被改变,而ptr没变
【void* 指针】

void指针是一种特殊的指针类型,可以用于存放任意对象的地址*。一个void*指针存放着一个地址,但我们对该地址中到底是个什么类型的对象并不了解:

double a = 3.14, *ptr = &a;
void *pv = &a;    // 正确:void*能存放任意类型对象的地址
pv = ptr;         // 正确:void*能存放任意类型的指针

【注意】利用void指针能做的事情比较有限:拿它和其他指针比较、作为函数的输入或输出,或者赋给另外一个void指针。不能直接操作void*指针所指的对象,因为我们并不知道这个对象的类型到底是什么,也就无法确定能在这个对象上进行什么操作。

2.3.3 理解符合类型的声明

【指向指针的引用】

​ 指针是对象,因此存在对指针的引用:

int i = 42;
int *p;      // p是一个int型指针
int *&r = p; // r是一个对指针p的引用

r = &i;      // r引用了一个指针,因此给r赋值&i就是令p指向i
*r = 0;      // 将i的值改为0

​ 要搞清楚r是什么类型,最简单的办法就是从右向左阅读r的定义。离变量名最近的符号(此例中是&r的符号&)对变量的类型有最直接的影响,因此r是一个引用。声明符的其余部分用以确定r引用的类型是什么,此例中的符号*说明r引用的是一个指针。最后,声明的基本数据类型是int,因此引用的是int型的指针。

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