《C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言》課件第5章

第5章指針、數(shù)組和結(jié)構(gòu)

5.1指針5.2數(shù)組5.3指向數(shù)組的指針5.4指向函數(shù)的指針5.5指向void*的指針5.6常量5.7引用5.8結(jié)構(gòu)小結(jié)練習(xí)題

5.1指針

5.1.1指針與指針變量

所謂指針，即一個(gè)變量的內(nèi)存存儲(chǔ)地址。假設(shè)變量v的地址是0x06AF(十六進(jìn)制)，我們就說(shuō)v的指針(或稱指針值)是0x06AF。

對(duì)于類型T(T為基本類型或?yàn)樽远x類型)，指針類型(表示為T(mén)*)是“指向T類型對(duì)象的指針”，即一個(gè)T*?類型的指針變量只能存放一個(gè)類型為T(mén)的對(duì)象的地址。例如：

charc=‘a(chǎn)’;圖5.1char*類型的變量pv中存放char類型變量c的地址

char*pv=&c;//取變量c的地址，并賦給指針char*類型的變量pv用圖5.1表示如下。引入指針類型的目的是用某個(gè)指針變量中的值間接地存/取它所指的對(duì)象的內(nèi)容。

大部分教科書(shū)及專業(yè)書(shū)籍都把指針和指針變量統(tǒng)稱為指針，因此，到底是指針還是指針變量，讀者在學(xué)習(xí)與閱讀時(shí)一定要注意其上下文環(huán)境，并根據(jù)上下文來(lái)進(jìn)行判斷。5.1.2為什么要使用指針變量

通常，我們是用某種類型的變量去存儲(chǔ)相應(yīng)類型的值，然后，通過(guò)變量名去存/取(注意：計(jì)算機(jī)的動(dòng)作是在內(nèi)存中存/取)其中的值。既然能用變量名(與某塊內(nèi)存綁定)直接存/取內(nèi)存中的值，那么為什么還要用指針來(lái)間接存/取內(nèi)存中所存儲(chǔ)的值呢？

應(yīng)用中，以下幾種情況必須使用指針：

(1)如果在起始地址為Av的存儲(chǔ)空間Sv中存儲(chǔ)的值是在運(yùn)行時(shí)根據(jù)運(yùn)行情況才寫(xiě)入的，不能事先規(guī)定所寫(xiě)入的是哪個(gè)變量的值,能夠保證的只是所寫(xiě)入的一定是類型為T(mén)的值，這時(shí)應(yīng)該采用指針。例如，多進(jìn)程之間利用一塊共享內(nèi)存進(jìn)行通信時(shí)，其底層實(shí)現(xiàn)采用的就是指針，如圖5.2所示。圖5.2多進(jìn)程之間的通信

(2)如果需要同時(shí)對(duì)一組同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行多個(gè)側(cè)面或角度的組織，以有效地支持多種不同性質(zhì)的操作(源數(shù)據(jù)要求不動(dòng))，這時(shí)亦應(yīng)該使用指針。例如，某應(yīng)用欲實(shí)現(xiàn)一批整型數(shù)同時(shí)進(jìn)行遞增和遞減排序，并要求源數(shù)據(jù)保持不動(dòng)，這時(shí)就需要采用指針，如圖5.3所示。圖5.3源數(shù)據(jù)要求不動(dòng)的一批同類型數(shù)據(jù)的遞增、遞減排序

(3)對(duì)于連續(xù)存儲(chǔ)著類型為T(mén)的許多個(gè)值(例如數(shù)組)的情況，當(dāng)需要依次進(jìn)行某種處理時(shí)，可以在不需要知道數(shù)組下標(biāo)(或數(shù)組的界)的情況下，用改變一個(gè)指針變量的值的方式來(lái)依次進(jìn)行這一批同類型量的訪問(wèn)，如圖5.4所示。

此外，指針還有其它的一些應(yīng)用場(chǎng)合，此處不一一介紹。圖5.4用指針對(duì)一批連續(xù)存放的同類型值的處理5.1.3指針變量的聲明與定義

與指針相關(guān)的聲明共分兩類，即定義聲明和非定義聲明。

1．定義聲明

(1)定義聲明與數(shù)據(jù)相關(guān)的指針，例如：

char*pc; //pc：指向char類型值的指針變量

int*pi; //pi：指向int類型值的指針變量

char**ppc; //ppc：指向“指向char類型值的指針”的

指針變量

int*ap[15]; //ap：由15個(gè)指向int類型值的指針變量

構(gòu)成的指針數(shù)組

(2)定義聲明與函數(shù)相關(guān)的指針，例如：

int(*fp)(char*);

//fp：指向參數(shù)為char*類型、返回值為int類型的函數(shù)指針

2．非定義聲明

例如：

int*f(char*)； //參數(shù)為char*類型、返回值為int*類型

的函數(shù)聲明

C++的語(yǔ)法并不限定多級(jí)指針的定義，例如我們可定義一個(gè)二級(jí)指針：

char**ppc;

則ppc指針變量中就可存放指向char類型的指針變量的地址，如圖5.5所示。圖5.5二級(jí)指針變量中的內(nèi)容我們亦可定義一個(gè)三級(jí)指針(或更多級(jí)的指針)，例如：

int***ppi;

但實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)避免定義復(fù)雜的多級(jí)指針，二級(jí)指針變量足矣！5.1.4指針變量的操作

設(shè)T為任意類型(基本類型或用戶自定義類型)，則T類型指針變量的類型為T(mén)*。與指針類型相關(guān)的操作如下。

1．取地址

操作符：&，一元前綴運(yùn)算符，采用右結(jié)合律。

語(yǔ)義：取某個(gè)T類型變量的地址并返回之。

例如：

charc=‘a(chǎn)’;

char*p=&c;//取c變量的地址并賦給指針變量p

2．求內(nèi)容(內(nèi)容解析)

操作符：*，一元前綴運(yùn)算符，采用右結(jié)合律。

語(yǔ)義：以相應(yīng)指針變量中的值為地址，求出該地址中存儲(chǔ)的值并返回之。

例如：

charc=‘a(chǎn)’;

char*p=&c;

charc2=*p; //c2=‘a(chǎn)’

注意：&

和

*

二者互為逆操作。若定義

charc;

char*p=&c;

則*(&c)==c，&(*p)==p。

3．指針變量的自增(減)操作

指針變量可進(jìn)行前綴/后綴的自增(減)操作。例如：

charc=‘a(chǎn)’;

char*pc=&a;

pc++;

//等價(jià)于pc+sizeof(char);

－－pc;//等價(jià)于pc-sizeof(char);

簡(jiǎn)言之，對(duì)于一個(gè)T*類型的指針變量pt：

pt++; //等價(jià)于pt=pt+sizeof(T);

++pt; //等價(jià)于pt=pt+sizeof(T);

pt－－;//等價(jià)于pt=pt-sizeof(T);

－－pt;//等價(jià)于pt=pt-sizeof(T);

4．指針變量的加(減)操作

指針變量可與一個(gè)整數(shù)常量進(jìn)行加、減操作。設(shè)N為一整型常量，則

pt+N; //等價(jià)于pt=pt+N*sizeof(T)

pt－N;//等價(jià)于pt=pt－N*sizeof(T)

5．指向同一數(shù)組的指針變量的相減操作

當(dāng)兩個(gè)同類型的指針變量指向同一數(shù)組時(shí)，兩指針變量可進(jìn)行相減操作。相加操作沒(méi)有定義，被認(rèn)為是非法操作。例如：

inta[]={1,2,3,4,5,6};

int*pa1,pa2;

pa1=a; //pa1指向數(shù)組首元素a[0]

pa2=&a[4]; //pa2指向數(shù)組元素a[4]

intn=pa2-pa1;//n=4，表示二指針?biāo)冈匚恢弥g

的差

n=pa1+pa2;//錯(cuò)誤！沒(méi)有定義

由于指針變量的自增(減)操作、加(減)操作是直接針對(duì)內(nèi)存地址的操作，所以在進(jìn)行這些操作時(shí)，一定要注意指針的越界問(wèn)題。關(guān)于此問(wèn)題的討論與處理詳見(jiàn)下文。

T*類型指針變量的取值范圍為T(mén)類型變量的所有的合法地址。5.1.5常量零(0)

一般而言，數(shù)字字面值0的類型為整型。由于C++中允許各種基本類型的相互轉(zhuǎn)換，因此，數(shù)字0廣義地說(shuō)，可作為任意整型、浮點(diǎn)型、指針、指向成員的指針變量的字面值常量。因此，在上述情況下，數(shù)學(xué)0的類型就與上下文環(huán)境相關(guān)，并由其上下文環(huán)境所決定。

因計(jì)算機(jī)內(nèi)存地址為0的單元一直保留未用，即沒(méi)有任何對(duì)象會(huì)被分配到內(nèi)存地址為0的地方，故0可用作一個(gè)指針變量的字面值常量。當(dāng)一個(gè)指針變量初始化為0時(shí)，表示它此刻沒(méi)有指向任何對(duì)象。在C中流行用宏NULL表示0。由于C++不同的實(shí)現(xiàn)可能對(duì)NULL的定義不同，所以，直接采用0而非NULL會(huì)使得指針的初始化更可靠、安全。如果你非常熟悉C，且習(xí)慣于采用C的宏NULL，建議在編寫(xiě)C++程序時(shí)可先定義：

constintNULL=0;//定義NULL是一個(gè)表示0的字符常量

然后在程序中再采用符號(hào)常量NULL。

5.2數(shù)組

對(duì)于類型T，一個(gè)數(shù)組類型T[size](size表示數(shù)組中元素的個(gè)數(shù)，一般為整型常量)是類型為T(mén)的size個(gè)元素的有序集合，數(shù)組中的元素可用下標(biāo)訪問(wèn)，其下標(biāo)范圍為[0～size-1]。

數(shù)組類型屬于構(gòu)造類型，即一個(gè)數(shù)組類型是由兩個(gè)類型構(gòu)造而成的：一個(gè)是數(shù)組元素的類型(如T類型)，另一個(gè)是索引(或稱下標(biāo))類型(如{0,1,…,size-1}，即對(duì)應(yīng)索引類型的值集)。標(biāo)準(zhǔn)C++規(guī)定：數(shù)組元素的類型可為任意數(shù)據(jù)類型(包括另一個(gè)數(shù)組類型，但必須保證其元素的類型是同質(zhì)的)，而索引(下標(biāo))類型要求其值集上的元素要有偏序(順序)關(guān)系(一般為整型或枚舉類型)。5.2.1數(shù)組的定義與初始化

在C++中，可定義一維數(shù)組和多維數(shù)組，定義方式如下例所示：

inta[10];

//定義一個(gè)元素類型為int，元素個(gè)數(shù)為

10的一維整型數(shù)組a

intb[2][3]; //定義一個(gè)元素類型為int，元素個(gè)數(shù)

(2行3列)為6的二維數(shù)組b

定義數(shù)組時(shí)，其數(shù)組類型和數(shù)組類型的變量(后者通常簡(jiǎn)稱為數(shù)組)一般在定義聲明中是同時(shí)聲明的。例：

floatv[3]; //float[3]v;

char*a[32]; //(char*)[32]a;

intd2[10][7]; //(int[10])[7]d2;

上述第一條語(yǔ)句定義了一個(gè)元素類型為float，元素個(gè)數(shù)為3的數(shù)組類型，并定義了這種數(shù)組類型的一個(gè)變量為v，數(shù)組類型與其類型的變量二者在定義時(shí)同時(shí)聲明。

第二條語(yǔ)句定義了一個(gè)元素類型為char*，元素個(gè)數(shù)為32的數(shù)組類型(即字符指針數(shù)組)，并定義了該數(shù)組類型的一個(gè)變量a，數(shù)組類型與其類型的變量二者在定義時(shí)同時(shí)聲明。第三條語(yǔ)句定義了一個(gè)元素類型為int[10](一維整型數(shù)組，元素個(gè)數(shù)為10)，元素個(gè)數(shù)為7的數(shù)組類型(即數(shù)組中的數(shù)組)，并定義了該數(shù)組類型的變量d2，數(shù)組類型與其類型的變量d2二者在定義時(shí)同時(shí)聲明。

一旦定義聲明了某個(gè)數(shù)組類型T[size](size為常量)的變量a，編譯器在編譯時(shí)會(huì)根據(jù)數(shù)組的定義給這個(gè)變量a連續(xù)分配一塊大小為sizeof(T)*size的內(nèi)存空間，并將這塊內(nèi)存空間的首地址裝入數(shù)組名中。因此，C++中的數(shù)組是靜態(tài)的并具有固定尺寸的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它常用于對(duì)一批同類型量的組織與操作。

C++只允許定義大小固定的靜態(tài)、矩形的一維或多維數(shù)組(注意：數(shù)組尺寸不允許在運(yùn)行時(shí)改變)。若需要?jiǎng)討B(tài)數(shù)組(即數(shù)組尺寸在運(yùn)行時(shí)可變)，請(qǐng)用C++標(biāo)準(zhǔn)類庫(kù)中的vector類(vector類的詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)本書(shū)第三部分)。

定義數(shù)組時(shí)，數(shù)組類型定義中的size(數(shù)組元素的個(gè)數(shù)或稱數(shù)組的尺寸)可以不給出，而交由編譯程序推斷出來(lái)，但此時(shí)必須在定義聲明中對(duì)數(shù)組進(jìn)行初始化，初始值的個(gè)數(shù)即為數(shù)組的size。例如：

int v1[]={1,2,3,4};//int[4]v1;

char v2[]={‘a(chǎn)’,‘b’,‘c’,0};

//char[4]v2;

int i,j,k;

int* v3[]={&i,&j,&k,0};//int*[4]v3;

在定義多維數(shù)組時(shí)，語(yǔ)法上規(guī)定：其第一維的大小可以不給出，但除第一維以外的維數(shù)大小在定義時(shí)一定要給出。因?yàn)镃++對(duì)多維數(shù)組的內(nèi)存分配仍然是一塊連續(xù)的內(nèi)存空間，但C++是“按行”進(jìn)行內(nèi)存分配的(某些語(yǔ)言是“按列”進(jìn)行分配的，如Fortran語(yǔ)言)。以二維數(shù)組為例，若不指定第二維的尺寸，編譯器將無(wú)法推斷和檢查所分配的內(nèi)存。例如：

float f[][3]={{1,2,3},{4,5,6}}; //正確！編譯器推斷為2行3列的float型數(shù)組

int a[][4]={1,2,3,4,5,6,7,8}; //正確！編譯器推斷為2行4列的int型數(shù)組

double d[2][]={2,4,6,8,10}; //錯(cuò)誤！編譯器無(wú)法推斷內(nèi)存分配量

數(shù)組類型定義時(shí)可給出size(整數(shù)常量/整型常量表達(dá)式)，進(jìn)而在定義聲明中對(duì)數(shù)組進(jìn)行初始化；初始化的元素個(gè)數(shù)不能大于size，但可以小于size(C++自動(dòng)地對(duì)未給出初值的元素賦0)。例如：

int?v1[4]={1,2,3,4}; //正確！int[4]v1;

charv2[2]={‘a(chǎn)’,‘b’,‘c’,0}; //錯(cuò)誤！初始值的個(gè)數(shù)4大于數(shù)組尺寸2

inti,j,k;

int*v3[8]={&i,&j,&k,0}; //int*[8]v3;

//相當(dāng)于int*v3[8]={&i,&j,&k,0,0,0,0,0};如前所述，字面值0在不同的上下文環(huán)境中具有不同的類型，而不同類型的0在不同的上下文環(huán)境中又有不同的語(yǔ)義。例如，0對(duì)于整型而言，就是0；對(duì)于指針T*而言，它表示空指針；對(duì)于字符串char*而言，它是串結(jié)束符。因此，采用系統(tǒng)默認(rèn)的0賦值，在某些情況下可能偏離編程者的本意，有時(shí)是十分危險(xiǎn)的!

在C++中，對(duì)于全局或靜態(tài)的(static)數(shù)組變量，當(dāng)用戶不賦初值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)賦初值0，局部數(shù)組系統(tǒng)不賦初值。5.2.2字符串字面值

由于應(yīng)用中常常采用char*的變量或char[]數(shù)組變量存儲(chǔ)一字符串常量，故在此引入字符串字面值的概念。

一個(gè)字符串字面值是由一對(duì)雙引號(hào)括起來(lái)的一串字符。例如，“Iamastudent.”?就是一個(gè)合法的C++字符串字面值。

一個(gè)字符串字面值的長(zhǎng)度等于其中所包含的字符個(gè)數(shù)加1(串結(jié)束符‘\0’)；每個(gè)字符串字面值以字符‘\0’(值等于0)作為串結(jié)束符。因此有：

sizeof(“Teacher”)=8個(gè)字節(jié)//假定某平臺(tái)上sizeof(char)=1字符串字面值的類型為具有確定數(shù)目的const字符數(shù)組，即為constchar[]類型(注意：用const定義(或稱約束)的量只能讀而不能寫(xiě))。

為了繼承和兼容大量原有的C/C++代碼，C++標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：一個(gè)字符串字面值可以賦給一個(gè)char*的變量(在原有的C/C++定義中，字符串字面值的類型為char*)。由于C++標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定字符串字面值是constchar[]類型，所以對(duì)字符串字面值只能讀而不能寫(xiě)。例如：

char*pc=“Teacher”;

*pc='B'; //錯(cuò)誤！試圖修改常量的值欲修改字符串字面值中的字符，可采取如下方式：

charc[]=“Teacher”;//數(shù)組的尺寸為sizeof(Teachar)+1=8

//一個(gè)常量字符串字面值賦值拷貝到一個(gè)字符數(shù)組變量中

c[0]=‘B’;//將?“Teacher”?中的首字符?‘T’?改為?‘B’

系統(tǒng)為字符串字面值靜態(tài)地分配了一塊連續(xù)的內(nèi)存空間以存放之。程序中若存在兩個(gè)或兩個(gè)以上相同的字符串字面值，系統(tǒng)是在內(nèi)存中存放該字符串的一個(gè)副本還是存放該字符串的多個(gè)副本將依具體的實(shí)現(xiàn)而定。字符串字面值中可以有帶轉(zhuǎn)義符的字符(EscapeCharacter)，如‘\n’(換行)。在程序中，一個(gè)字符串字面值不能跨行定義。

字符串字面值中若有字符?‘?“?’?或?‘?’?‘?或?’\‘，要前加轉(zhuǎn)義符?’\‘。

在程序中可以將一個(gè)字符串字面值寫(xiě)成用whitespace分隔開(kāi)的多個(gè)字符串字面值，C++會(huì)將它們自動(dòng)接續(xù)成一個(gè)字符串字面值，這對(duì)在程序中書(shū)寫(xiě)較長(zhǎng)的字符串字面值提供了方便。whitespace包括：space(空格)、tab、newline(新行)、formfeed(走紙)、carriagereturn(回車)。例如：

chara1[]=“Thisisa\”string\“.\n*******************\n”;

//字符串字面值在程序中不允許跨行定義

chara2[]=“Thisisa\”string\“.

*******************”; //語(yǔ)法錯(cuò)誤！

//用whitespace分隔開(kāi)的字符串字面值將被自動(dòng)續(xù)接

chara3[]=“Thisisa\”string\“.\n”

“*******************\n”;

//定義效果與a1相同

5.3指向數(shù)組的指針

5.3.1指向一維數(shù)組的指針

指針與數(shù)組有著密切的關(guān)系。數(shù)組名本身就是一個(gè)指針，它代表數(shù)組元素的首地址，因此，我們常常利用指向數(shù)組的指針變量操作數(shù)組中的元素。

值得注意的是，程序中數(shù)組名擔(dān)當(dāng)著如下兩種角色：

(1)代表某個(gè)數(shù)組類型的變量名。因此，我們可用數(shù)組名求其數(shù)組的存儲(chǔ)空間分配量。例如：上述結(jié)果是在VC.net2005下運(yùn)行的，在此平臺(tái)上，sizeof(int)=4。因a數(shù)組的元素個(gè)數(shù)為4，故其存儲(chǔ)分配量為4×4=16。

(2)代表著存放該數(shù)組元素的首地址，注意：數(shù)組名是一個(gè)常量。因此，我們可以將數(shù)組名賦給一個(gè)與其數(shù)組元素類型一致的指針變量，之后，用其指針變量操作數(shù)組中的元素。語(yǔ)法上數(shù)組指針變量不拒絕指向數(shù)組以外的元素，但其后果自負(fù)。例如：

intv[]={1,2,3,4}; //int[4]，其元素為v[0]～v[3]

int*p1=v; //被隱式轉(zhuǎn)換成int*p1=&v[0];

int*p2=&v[0];

int*p3=&v[4];//允許指針指向數(shù)組以外的元素，后果自負(fù)!

在C++中，char[](字符類型的數(shù)組)類型和char*(指向字符的指針類型)類型不同，但允許char[]到char*的轉(zhuǎn)換。對(duì)于字符數(shù)組而言，將數(shù)組名隱式轉(zhuǎn)換成字符指針?lè)奖阌谑褂脴?biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的庫(kù)函數(shù)。char*到char[]的轉(zhuǎn)換被認(rèn)為是違法的。該類型轉(zhuǎn)換規(guī)則保證了不允許將一個(gè)char*值賦給數(shù)組名(常量)。例如：

intstrlen(constchar*);

//strlen:C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，在<cstring>中定義，求char*所指的字符串的長(zhǎng)度

voidf()

{

charv[]=“Annemarie”;

char*p=v; //隱式類型轉(zhuǎn)換，char[]→char*

intn1=strlen(p);

//函數(shù)調(diào)用時(shí)類型匹配

intn2=strlen(v);

//隱式類型轉(zhuǎn)換，char[]→char*

v=p;

//錯(cuò)誤！不允許char*→char[]以保證

數(shù)組名常量不被修改

}5.3.2指向多維數(shù)組的指針

C++的多維數(shù)組被看成是數(shù)組中的數(shù)組。以二維數(shù)組為例，C++將二維數(shù)組定義為其元素類型為一維數(shù)組的數(shù)組。應(yīng)用中，一般較少使用二維以上的數(shù)組。在此以二維數(shù)組示例，指向多維數(shù)組的指針概念和用法與二維數(shù)組類同。

在二維數(shù)組中，數(shù)組名仍然代表著數(shù)組的首地址，但它是一個(gè)行地址。例如：

inta[2][3]={1,2,3,4,5,6};

int(*pa)[3]; //pa定義為指向一個(gè)尺寸為3的一維數(shù)組的行指針

pa=a+1;

/*

pa=a+1等價(jià)于pa=&a[0][0]+3*sizeof(int),

即pa指向a數(shù)組中第二行首元素

*/

int*pa1

pa1=a[0]+1;

//pa1=&a[0][0],a[0]是數(shù)組a第一行的首地址，它為一列地址,pa1=a[0]+1=&a[0][1]

所謂行指針，即指針加1跳一行(所指的)數(shù)組元素，列指針加1跳一個(gè)(所指的)數(shù)組元素。

在上例中，數(shù)組名為行地址，而a[0](其地址等于&a[0][0])和a[1](其地址等于&a[1][0])分別為列地址。行地址的定義形式如下：數(shù)組元素類型T(*行指針名)[size];

該語(yǔ)句定義聲明了一個(gè)指向T[size]類型的指針類型，其中size為一維數(shù)組的大小。

行、列指針以上例代碼為例，其進(jìn)行增減操作后的結(jié)果如圖5.6所示。

若定義了一個(gè)指向二維數(shù)組的行指針：

inta[2][3]={{1,2,3},{4,5,6}};

int(*q)[3]=a;

我們可用如圖5.7所示的形式來(lái)表示上述二維數(shù)組中的各元素。

一個(gè)行指針進(jìn)行*運(yùn)算后(如*pa)即可轉(zhuǎn)換成一個(gè)列指針。圖5.6行、列指針示意圖圖5.7用行指針q表示2行3列數(shù)組中的各元素5.3.3取數(shù)組元素及數(shù)組的遍歷

兩個(gè)同類型的(數(shù)組元素類型相同，數(shù)組大小相同)數(shù)組可進(jìn)行元素對(duì)元素的整體賦值。例如：

inta[4]={10,20,30,40},

b[4];

b=a;

//a數(shù)組元素對(duì)b數(shù)組元素依次拷貝賦值

但除此之外，對(duì)數(shù)組的所有操作只能針對(duì)其元素進(jìn)行。因此，取數(shù)組中的某個(gè)元素或在數(shù)組中進(jìn)行遍歷是其它一切數(shù)組操作的基礎(chǔ)。通常采用數(shù)組名和下標(biāo)運(yùn)算符及索引(下標(biāo))來(lái)取數(shù)組中的某個(gè)元素(如a[i])或?qū)ζ溥M(jìn)行依次遍歷；另一種方式是利用指向數(shù)組的指針加索引進(jìn)行取元素或遍歷操作，其具體用法如下例所示。

//此函數(shù)是對(duì)指針使用數(shù)組操作

voidfi(char*v)

{

for(inti=0;v[i]!=0;i++)

use(v[i]);//use假定為已定義的操作數(shù)組元素的函數(shù)

}

//此函數(shù)是對(duì)數(shù)組使用指針操作

voidfp(charv[])

{

for(char*p=v;*p!=0;p++)

use(*p);

}

在應(yīng)用中需要注意如下幾點(diǎn)：

(1)在多維數(shù)組(包括二維)中進(jìn)行取元素或遍歷操作時(shí)要注意是利用行指針還是列指針。

(2)?C++的數(shù)組不具有自描述性，即數(shù)組變量中不存放其實(shí)際存放的元素個(gè)數(shù)的信息。因此，在遍歷一個(gè)數(shù)組時(shí)，必須以某種方式提供它的實(shí)際元素個(gè)數(shù)(字符串?dāng)?shù)組中包含一個(gè)串結(jié)束符?‘\0’，據(jù)此可推斷出其實(shí)際的元素個(gè)數(shù)),以供操作數(shù)組和進(jìn)行數(shù)組的越界檢查。

例如：

//函數(shù)fp：對(duì)傳遞的數(shù)組進(jìn)行某種操作

voidfp(charv[],unsignedintsize) //傳遞時(shí)須同時(shí)傳遞數(shù)組其及大小

{

for(inti=0;i<size;i++)

use(v[i]);

//...

}

(3)?C++語(yǔ)法上允許數(shù)組的越界操作，并且編譯器忽略此類錯(cuò)誤。因此，對(duì)數(shù)組進(jìn)行操作時(shí)，一定要注意數(shù)組的越界問(wèn)題。一個(gè)好的C/C++程序員，應(yīng)將對(duì)數(shù)組的越界檢查及處理作為其基本本能。

(4)用指針和數(shù)組形式進(jìn)行數(shù)組的操作，在許多情況下是等效的，但還是應(yīng)當(dāng)加以約束，以避免平臺(tái)不同帶來(lái)的影響。請(qǐng)看下面一實(shí)際應(yīng)用中的程序片斷：

constunsignedshortID;

//數(shù)據(jù)庫(kù)表的數(shù)據(jù)項(xiàng)描述

structTB_col{

ID col_id;

char col_name[19];

short col_type;

short col_length;

};

//取指定數(shù)據(jù)項(xiàng)的物理名

char*TB_GetColName(IDtab_id,IDcol_id)

{staticstructTB_col*cp;

if(!TB_GetColInf(tab_id,col_id,&cp))

//根據(jù)表名tab_id和列名col_id及cp指針取列的相應(yīng)信息

returnNULL;

returncp->col_name;

}

上述代碼片斷中的retuencp->col_name;?語(yǔ)句是用指針取col_name(char*類型)中的字符串(表列名)。在Windows平臺(tái)上,無(wú)論col_name中的字符串非空/空,returncp->col_name;語(yǔ)句都將如實(shí)地返回col_name中的內(nèi)容；但在UNIX平臺(tái)上，若col_name為空串，則語(yǔ)句不返回任何值，這導(dǎo)致了程序錯(cuò)誤。因此，上述的returncp->col_name;語(yǔ)句應(yīng)改為

return(cp->col_name[0]=='\0')?0:cp->col_name;

這樣將會(huì)更安全、可靠地實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)使用程序。下面給出對(duì)數(shù)組進(jìn)行取元素或遍歷操作的示例程序。

例1打印輸出數(shù)組中的元素值并用直方圖的形式表示之(若干*號(hào)個(gè)數(shù)的條形圖)。

(*q)[1]is2

(*q+1)[1]is3

*(*(z+1)+2)is-33

*(z[1]+2)is-33

5.4指向函數(shù)的指針

C++允許定義指向某種類型函數(shù)的指針變量。例如下述語(yǔ)句：

int(*fp)(int);

即定義了一個(gè)指向其函數(shù)返回類型為int、參數(shù)為int型的該類函數(shù)的指針變量fp。這類指針變量可存放該類函數(shù)的地址，即所定義的fp中可存放上述類別的函數(shù)的地址(或稱函數(shù)代碼的首地址)。

函數(shù)指針的定義方式如下：

函數(shù)返回類型(*函數(shù)指針名)(函數(shù)參數(shù)表列);函數(shù)指針的一個(gè)主要目的是讓用戶編寫(xiě)更為靈活、用數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)控制的程序。假定應(yīng)用中我們需編寫(xiě)計(jì)算如下積分的程序：經(jīng)過(guò)分析可看出：y1、y2和y3的被積函數(shù)雖然形式不同，但具有共性，即被積函數(shù)都只有一個(gè)自變量x，且被積函數(shù)都是x的一元某次方程。根據(jù)其共性，可編寫(xiě)適合這一類被積函數(shù)的積分程序。若用函數(shù)實(shí)現(xiàn)，則解決方案如下：

floatintegral(fp,a,b);//計(jì)算某類函數(shù)積分的通用函數(shù)接口

//fp為指向該類被積函數(shù)的指針，a、b為積分的上、下限

上述函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)請(qǐng)參閱后續(xù)函數(shù)一章的相應(yīng)內(nèi)容。

5.5指向void*的指針

若定義了一個(gè)void*的指針變量，就意味著可將一個(gè)指向任意類型對(duì)象的指針賦給它。

一個(gè)void*類型的變量所能進(jìn)行的操作是：

將一個(gè)void*類型的變量賦給另一個(gè)void*類型的變量;

兩個(gè)void*的相等與不相等比較；

一個(gè)void*可以顯式地轉(zhuǎn)換成另一個(gè)任意類型的指針類型(注意謹(jǐn)慎使用!)。

void*類型的變量不能進(jìn)行的操作是：

將函數(shù)指針賦給void*；

將指向成員的指針賦給void*。

void*最重要的用途是需要向函數(shù)傳遞一個(gè)指針，而向函數(shù)傳遞時(shí)，又不能對(duì)指針?biāo)笇?duì)象的類型做任何假設(shè)，即利用void*可向函數(shù)傳遞任意類型的對(duì)象。其另外一個(gè)主要用途就是從函數(shù)返回一個(gè)無(wú)類型(Untype，即可為任意類型)的對(duì)象。因此，被定義成void*類型的量所提供的信息是：由于不可能事先約定，所以允許任意的指針類型與之對(duì)應(yīng)(通常是函數(shù)的形參或返回值)。這是C++為程序員提供的一種可傳遞/處理任何類型對(duì)象的機(jī)制。

這樣做的可行性在于：在同一平臺(tái)上任何指針類型的存儲(chǔ)空間分配量是一致的。在C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)的一些實(shí)現(xiàn)中，void*機(jī)制的使用使得該函數(shù)具有較強(qiáng)的通用性，請(qǐng)看在C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的一個(gè)典型應(yīng)用：

//C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)——快速排序qsort函數(shù)的接口定義

intqsort(void*,int,intsize_t,(int(*fp)(constvoid*,constvoid*)));

/*函數(shù)中各參數(shù)的含義如下:

被排序的數(shù)組的起始地址，由于是void*?類型，則可接受任何類型的數(shù)組；

(數(shù)組中存放欲排序的數(shù)據(jù))

數(shù)組中有效元素個(gè)數(shù)；數(shù)組尺寸的大小；

指定的比較函數(shù)的指針。由于函數(shù)的兩個(gè)參數(shù)的類型為void*?類型，故函數(shù)可進(jìn)行

任何類型的兩個(gè)量的比較

*/

下面我們利用Ｃ標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)qsort高度抽象的接口與實(shí)現(xiàn)的定義來(lái)實(shí)現(xiàn)任意類型量的排序。

假定應(yīng)用中我們需對(duì)一批字符串進(jìn)行排序，代碼如下：

constintTABLE_SIZE=1000;

char*ourTable[TABLE_SIZE];

//…向ourTable輸入欲排序的數(shù)據(jù)

5.6常量

C++允許用戶定義字符常量(也稱符號(hào)常量)。C++用關(guān)鍵字const來(lái)定義符號(hào)常量，const用來(lái)直接表達(dá)“不變化的值”這一概念。例如，我們欲定義PI這一符號(hào)常量，可寫(xiě)為

constfloatPI=3.15159;

C++仍兼容C的常量定義方式(采用宏)，例如：

#definePI3.14159

//PI為一字符常量，代表3.14159

比較C和C++的兩種常量定義方法，我們可看到：C++的常量定義方式不僅含義更加明確，最重要的是該常量定義給編譯器和運(yùn)行環(huán)境提供了被定義者是常量及所具有的類型這些重要的信息，以供編譯器和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行編譯時(shí)和運(yùn)行時(shí)的類型檢查!?這在應(yīng)用中是十分重要的。

(2)采用符號(hào)常量而不是將常量字面值直接寫(xiě)入代碼中，將使得程序更易于擴(kuò)充、維護(hù)與修改。例如：若需修改數(shù)組的尺寸，只需修改常量STRL的定義(一處)即可，以防止大范圍地在每一個(gè)出現(xiàn)STRL的地方修改程序代碼(大范圍地修改代碼很難保證修改的一致性與正確性)。

(3)通常是用指針讀而不是寫(xiě)。例如：

constintSTRL=40;

charbuf[STRL*10+STRL];

char*conststr1=&buf;//定義str1為一常量字符

指針

char*conststr2=&buf[STRL+1]; //定義str2為一常

量字符指針

}

voidf()

{

g(“Thisisatest”);//用一個(gè)常量字符串對(duì)constchar*p賦初值

}

(2)指針常量的定義方式為

指針類型T*const常量名=初值；

注意：

①常量若以函數(shù)的形參方式出現(xiàn)，則沒(méi)有初值部分，對(duì)應(yīng)的實(shí)參即為常量的初值。②當(dāng)常量的類型是一個(gè)T*時(shí)，即為指針常量，不允許修改的是指針常量本身的值，而不是指針常量所指對(duì)象的值；若指針?biāo)傅膶?duì)象為const，即為指向常量的指針，則不允許修改的是*常量名或常量名[下標(biāo)]對(duì)應(yīng)的值。例如：

//cpc是一個(gè)指向一個(gè)常量字符串的常量指針

constchar*constcpc=s;

*cpc=‘g’; //錯(cuò)誤!?試圖修改cpc所指的內(nèi)容

cpc=p; //錯(cuò)誤!?試圖修改cpc的內(nèi)容

}

由于談到指針時(shí)總涉及兩個(gè)對(duì)象——指針變量本身與指針?biāo)傅膶?duì)象，而C++又允許對(duì)這二者都可進(jìn)行const約束，因此，是指針常量(不允許修改指針本身的值)，還是指向常量的指針(指針?biāo)傅膶?duì)象不允許修改)就難以辨別。如何有效地辨別、定義這兩種類型的量呢？BjarneStrostrup給出了一個(gè)有效的方法，即當(dāng)從右至左讀常量定義式時(shí)，即可解析其類別。例如:

語(yǔ)句：char*constcp=s;從右至左可讀成cp是一個(gè)指向char類型(變量)的const指針(*讀為指針pointer)。

語(yǔ)句：constchar*pc=s;

從右至左可讀成pc是一個(gè)指向常量字符串的指針變量。

語(yǔ)句：constchar*constcpc=s；

從右至左可讀成cpc是一個(gè)指向常量字符串的常量指針。

C++語(yǔ)法規(guī)定：可將一個(gè)變量的地址賦給一個(gè)常量指針，因?yàn)檫@樣做不會(huì)造成任何傷害；但不允許將一個(gè)常量的地址賦給一個(gè)未加限制的指針(即指針變量)，以防止用戶不經(jīng)意/試圖通過(guò)該指針修改常量的值。例如：

5.7引用

引用即為一個(gè)變量的別名。引用的主要用途是向函數(shù)直接傳遞變量(C/C++是值傳遞，稱為CallbyValue)或從函數(shù)返回變量。特別是在實(shí)現(xiàn)大型對(duì)象的傳遞與操作符的重載(OperatorOverloading，詳見(jiàn)第二部分的內(nèi)容)時(shí)，引用更是扮演著不可或缺的角色。

引用用符號(hào)X&表示，它表示對(duì)某個(gè)X類型變量的引用。

為了保證引用確實(shí)是對(duì)某個(gè)量的引用(即用引用名綁定所引用的對(duì)象)，在定義引用時(shí)一定要對(duì)其進(jìn)行初始化。由于一個(gè)引用所表示的是一個(gè)對(duì)象的別名，所以它不能獨(dú)立存在，必然要關(guān)聯(lián)于某個(gè)已定義的名字，它們對(duì)應(yīng)于同一個(gè)對(duì)象。

關(guān)聯(lián)的方式是：①在定義該引用時(shí)所聲明的初始化值；②對(duì)于被定義為函數(shù)的形參(或返回值)的引用，由實(shí)參(或返回值表達(dá)式)給出對(duì)應(yīng)值。例如：

voidg()

{

intii=0;

int&rr=ii; //rr為ii的引用，rr即為ii的別名

rr++; //等價(jià)于ii++;

int*pp=&rr; //pp==ⅈ*pp==ii;

}

形象地說(shuō)，一個(gè)引用好比總是用*(取內(nèi)容)操作的一個(gè)指針常量。

應(yīng)用中，我們有時(shí)可能需要向函數(shù)傳遞/從函數(shù)返回某個(gè)對(duì)象(稱為CallbyReference)而非對(duì)象的值，這時(shí)可采用引用類型。因此，當(dāng)參數(shù)類型為引用類型時(shí)，函數(shù)體內(nèi)對(duì)形參的修改實(shí)際上就是對(duì)實(shí)參的修改，這類似于Pascal函數(shù)或過(guò)程用var聲明的形參。例如：

voidswap(int&a,int&b)//在函數(shù)內(nèi)部交換a,b

{

inttemp;

temp=a;

a=b;

b=temp;

}當(dāng)然，我們亦可用指針的方式完成同樣的功能。代碼如下：

voidswap(int*a,int*b)

{

int*temp=0;

*temp=*a;

*a=*b;

*b=*temp;

}引用最主要的應(yīng)用場(chǎng)合是：①傳遞/返回大型對(duì)象；②實(shí)現(xiàn)操作符的重載(本書(shū)第二部分將會(huì)詳細(xì)講述)。其它情況下一般不宜采用引用類型。當(dāng)需要向函數(shù)傳遞/從函數(shù)返回某個(gè)對(duì)象而非對(duì)象的值時(shí)，采用指針更易于理解。例如：

//使用引用，不易理解的方式

voidinc(int&aa)

{aa++;} //aa自增1

voidf()

{

intx=1;

inc(x);

//aa、x對(duì)應(yīng)同一對(duì)象，用戶可能不清楚x已改變其值

}

//使用指針，易于理解的方式

voidinc(int*p)

{(*p)++;}

voidf()

{

intx=1;

inc(&x);

//用戶非常清楚x已改變其值并等于2

}

當(dāng)一個(gè)函數(shù)的返回類型為引用時(shí)，該函數(shù)的調(diào)用結(jié)果既可作為右值(原意為賦值表達(dá)式的右部，即代表一個(gè)值)，亦可作為一個(gè)左值(原意為賦值表達(dá)式的左部，此處代表一個(gè)對(duì)象的存儲(chǔ)空間)。引用的基本用法及應(yīng)用示例如下所示。

例3

用戶從鍵盤(pán)上輸入若干個(gè)token，每個(gè)token用空格相隔，統(tǒng)計(jì)輸出用戶輸入的token及相應(yīng)的次數(shù)。當(dāng)用戶輸入“stringstudentstringasbcuiasas”時(shí)，程序運(yùn)行輸出結(jié)果為

string:2

student:1

as:3

bc:1

ui:1

5.8結(jié)構(gòu)

一個(gè)結(jié)構(gòu)是其元素類型為任意類型的若干個(gè)元素的集合，即一個(gè)元素類型可以各不相同的數(shù)組，我們常稱其為異質(zhì)(Heterogeneous)數(shù)組。

相比之下，我們稱數(shù)組為一個(gè)同質(zhì)(Homogeneous)元素的集合。

構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)類型的那些元素稱為它的成員(Member)。

結(jié)構(gòu)類型用來(lái)定義具有多種不同類型(當(dāng)然亦可具有相同的類型)的屬性(Attribute)的客觀事物，而這樣的事物在現(xiàn)實(shí)中是大量存在的。從上例可看出，在結(jié)構(gòu)類型中，每個(gè)成員都有相應(yīng)的類型，各成員的類型可相同亦可不相同。

一個(gè)結(jié)構(gòu)類型看上去只是定義了一種事物的一個(gè)實(shí)例的各個(gè)屬性(用成員表示)，但根據(jù)各成員類型的值集可以直接構(gòu)造出這個(gè)結(jié)構(gòu)類型的值集，即可根據(jù)定義的這種結(jié)構(gòu)類型，定義出(實(shí)例化出)具有這種結(jié)構(gòu)的和具有該結(jié)構(gòu)類型值集元素個(gè)數(shù)的同類事物的實(shí)例，這是一種典型的共性抽象。

例如，在上面address結(jié)構(gòu)類型的定義中，實(shí)際上定義了由如下集合構(gòu)造的可具有

個(gè)值的結(jié)構(gòu)類型變量。

用結(jié)構(gòu)類型可以構(gòu)造對(duì)應(yīng)的數(shù)組類型(結(jié)構(gòu)數(shù)組，即數(shù)組的元素為結(jié)構(gòu))、指針類型(指向結(jié)構(gòu)的指針)、引用類型(結(jié)構(gòu)的引用)和結(jié)構(gòu)類型(結(jié)構(gòu)嵌套結(jié)構(gòu))。

結(jié)構(gòu)定義中，其成員類型不能是它自身，否則會(huì)使得編譯器無(wú)法推斷該類型量的存儲(chǔ)分配量而無(wú)法進(jìn)行內(nèi)存分配。例如，我們不能進(jìn)行如下定義：

structNo_good{

No_goodmember;

};

/*存在無(wú)終止條件的遞歸，無(wú)法確定對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間的大小*/

而可以進(jìn)行如下的定義：

structLink{

Link*previous;

Link*successor;

};

/*指針類型變量的存儲(chǔ)空間大小不依賴于對(duì)應(yīng)類型*/

C++為任意結(jié)構(gòu)類型提供了一個(gè)對(duì)象的整體賦值操作(二進(jìn)制復(fù)制)，但不提供與結(jié)構(gòu)類型變量相關(guān)的其它整體操作(例如比較操作)，這些操作可由用戶自己定義(在本書(shū)第二部分會(huì)看到,這些操作所使用的操作符可以與基本類型相同)。例如，對(duì)結(jié)構(gòu)類型address變量可進(jìn)行如下的整體賦值操作：

addresscurrent;

addressset_current(addressnext)

{

staticaddressprev=current; //結(jié)構(gòu)變量的整體賦值

current=next; //結(jié)構(gòu)變量的整體賦值

returnprev;

}

C++提供了取結(jié)構(gòu)類型指定成員值的兩個(gè)操作:

(1)取結(jié)構(gòu)成員操作符·?。

語(yǔ)法：結(jié)構(gòu)變量名·成員名

語(yǔ)義：返回第一操作數(shù)中成員名字與第二操作數(shù)相同的成員的值。

(2)用指針取結(jié)構(gòu)成員操作符->。

語(yǔ)法：指向結(jié)構(gòu)變量的指針變量->成員名

語(yǔ)義：返回第一操作數(shù)所指向的那個(gè)對(duì)象中成員名字與第二操作數(shù)相同的成員的值。

定義結(jié)構(gòu)類型變量時(shí)可進(jìn)行初始化，其方式與數(shù)組類似(用初始化表的方式)。例如：

structstudent //結(jié)構(gòu)類型student的定義

{

stringname;

unsignedintid;

chargender;

}s1={“LiXiaohong”,0304214,‘F’};

//結(jié)構(gòu)類型與結(jié)構(gòu)變量s1同時(shí)定義，并對(duì)s1進(jìn)行初始化

C++為結(jié)構(gòu)類型的對(duì)象分配一塊連續(xù)的存儲(chǔ)空間，并按該結(jié)構(gòu)類型各成員的聲明順序和對(duì)應(yīng)類型對(duì)該空間進(jìn)行劃分，但在分配和劃分時(shí)遵循“字對(duì)準(zhǔn)”原則(即每個(gè)成員的起始地址是一個(gè)字，字的大小與平臺(tái)相關(guān)，常見(jiàn)的是2字節(jié)或4字節(jié))，因此，對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)類型量所實(shí)際分配的空間存儲(chǔ)量可能大于各成員類型對(duì)應(yīng)空間之和。例如，對(duì)以下的address變量jd而言，其內(nèi)存分配示意圖如圖5.8所示。

addressjd={

“JimDandy”, //的初始值

61,

//jd.number的初始值

“SouthSt”,

//jd.street的初始值

“NewProvidence”, //jd.town的初始值

{‘N’,‘J’}, //jd.state的初始值

7974

//jd.zip的初始值

};圖5.8結(jié)構(gòu)類型address變量所分配的存儲(chǔ)空間假定在某一平臺(tái)上，sizeof(char)=1，sizeof(longint)=8，sizeof(char*)=4，根據(jù)adrress的定義，jd的實(shí)際內(nèi)存分配量為

sizeof(jd)=sizeof(char*)+sizeof(longint)+sizeof(char*)

+sizeof(char*)+2*sizeof(char)+2+sizeof(long)

=32字節(jié)

而非成員實(shí)際應(yīng)有的內(nèi)存量30字節(jié)。注意上式中的+2