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      指針數(shù)組,數(shù)組指針,以及函數(shù)指針,以及堆中的分配規(guī)則

       bluecrystal 2006-09-04
      zhuzhu @ 2005-10-21 15:02

      別人做的歸納,系統(tǒng)多了~~
      一 :關(guān)于指針和堆的內(nèi)存分配
      先來介紹一下指針 : 指針一種類型,理論上來說它包含其他變量的地址,因此有的書上也叫它:地址變量。既然指針是一個類型,是類型就有大小,在達內(nèi)的服務(wù)器上或者普通的PC機上,都是4個字節(jié)大小,里邊只是存儲了一個變量的地址而已。不管什么類型的指針,char * ,int * ,int (*) ,string * ,float * ,都是說明了本指針所指向的地址空間是什么類型而已,了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的兩個運算符來完成:
      指針類型 指針變量名=new 指針類型 (初始化);
             delete 指針名;
      例如:1、 int *p=new int(0);
          它與下列代碼序列大體等價:
      2、int tmp=0, *p=&tmp;
      區(qū)別:p所指向的變量是由庫操作符new()分配的,位于內(nèi)存的堆區(qū)中,并且該對象未命名。
        
      下面是關(guān)于new 操作的說明?。骸〔糠忠?lt;<C++面向?qū)ο箝_發(fā)>>
      1、new運算符返回的是一個指向所分配類型變量(對象)的指針。對所創(chuàng)建的變量或?qū)ο?,都是通過該指針來間接操作的,而動態(tài)創(chuàng)建的對象本身沒有名字。
      2、一般定義變量和對象時要用標識符命名,稱命名對象,而動態(tài)的稱無名對象(請注意與棧區(qū)中的臨時對象的區(qū)別,兩者完全不同:生命期不同,操作方法不同,臨時變量對程序員是透明的)。
      3、堆區(qū)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表達式的操作序列如下:從堆區(qū)分配對象,然后用括號中的值初始化該對象。

      下面是從堆中申請數(shù)組
      1、申請數(shù)組空間:
      指針變量名=new 類型名[下標表達式];
      注意:“下標表達式”不是常量表達式,即它的值不必在編譯時確定,可以在運行時確定。這就是堆的一個非常顯著的特點,有的時候程序員本身都不知道要申請能夠多少內(nèi)存的時候,堆就變的格外有用。
      2、釋放數(shù)組空間:
      delete [ ]指向該數(shù)組的指針變量名;
      注意:方括號非常重要的,如果delete語句中少了方括號,因編譯器認為該指針是指向數(shù)組第一個元素的,會產(chǎn)生回收不徹底的問題(只回收了第一個元素所占空間),我們通常叫它“內(nèi)存泄露”,加了方括號后就轉(zhuǎn)化為指向數(shù)組的指針,回收整個數(shù)組。delete [ ]的方括號中不需要填數(shù)組元素數(shù),系統(tǒng)自知。即使寫了,編譯器也忽略。<<Think in c++>>上說過以前的delete []方括號中是必須添加個數(shù)的,后來由于很容易出錯,所以后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(tài)數(shù)組的元素個數(shù)"<<endl;
      cin>>n; //n在運行時確定,可輸入17
      p=new char[n]; //申請17個字符(可裝8個漢字和一個結(jié)束符)的內(nèi)存空間strcpy(pc,“堆內(nèi)存的動態(tài)分配”);//
      cout<<p<<endl;
      delete []p;//釋放pc所指向的n個字符的內(nèi)存空間return ; }

      通過指針使堆空間,編程中的幾個可能問題

      1.動態(tài)分配失敗。返回一個空指針(NULL),表示發(fā)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.指針刪除與堆空間釋放。刪除一個指針p(delete p;)實際意思是刪除了p所指的目標(變量或?qū)ο蟮龋?,釋放了它所占的堆空間,而不是刪除p本身,釋放堆空間后,p成了空懸指針,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.內(nèi)存泄漏(memory leak)和重復(fù)釋放。new與delete 是配對使用的, delete只能釋放堆空間。如果new返回的指針值丟失,則所分配的堆空間無法回收,稱內(nèi)存泄漏,同一空間重復(fù)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(dǎo)致一個很難查出來的運行時錯誤。所以必須妥善保存new返回的指針,以保證不發(fā)生內(nèi)存泄漏,也必須保證不會重復(fù)釋放堆內(nèi)存空間。
      4.動態(tài)分配的變量或?qū)ο蟮纳?。無名變量的生命期并不依賴于建立它的作用域,比如在函數(shù)中建立的動態(tài)對象在函數(shù)返回后仍可使用。我們也稱堆空間為自由空間(free store)就是這個原因。但必須記住釋放該對象所占堆空間,并只能釋放一次,在函數(shù)內(nèi)建立,而在函數(shù)外釋放是一件很容易失控的事,往往會出錯,所以永遠不要在函數(shù)體內(nèi)申請空間,讓調(diào)用者釋放,這是一個很差的做法。你再怎么小心翼翼也可能會帶來錯誤。
      類在堆中申請內(nèi)存 :
      通過new建立的對象要調(diào)用構(gòu)造函數(shù),通過deletee刪除對象要調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。
      CGoods *pc;
      pc=new CGoods;  //分配堆空間,并構(gòu)造一個無名對象
                                   //的CGoods對象;
      …….
      delete pc;  //先析構(gòu),然后將內(nèi)存空間返回給堆;        堆對象的生命期并不依賴于建立它的作用域,所以除非程序結(jié)束,堆對象(無名對象)的生命期不會到期,并且需要顯式地用delete語句析構(gòu)堆對象,上面的堆對象在執(zhí)行delete語句時,C++自動調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)。
      正因為構(gòu)造函數(shù)可以有參數(shù),所以new后面類(class)類型也可以有參數(shù)。這些參數(shù)即構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)。
      但對創(chuàng)建數(shù)組,則無參數(shù),并只調(diào)用缺省的構(gòu)造函數(shù)。見下例類說明:

      class CGoods{
               char Name[21];
               int  Amount;
               float Price;
               float Total_value;
      public:
      CGoods(){}; //缺省構(gòu)造函數(shù)。因已有其他構(gòu)造函數(shù),系統(tǒng)不會再自動生成缺省構(gòu)造,必須顯式聲明。   CGoods(char* name,int amount ,float price){
                strcpy(Name,name);
                Amount=amount;
                Price=price;
                Total_value=price*amount;  }
                ……};//類聲明結(jié)束
      下面是調(diào)用機制 :

      void main(){
      int n;
      CGoods *pc,*pc1,*pc2;
      pc=new CGoods(“hello”,10,118000);
      //調(diào)用三參數(shù)構(gòu)造函數(shù)   pc1=new CGoods();  //調(diào)用缺省構(gòu)造函數(shù)  cout<<”輸入商品類數(shù)組元素數(shù)”<<endl;
      cin>>n;
      pc2=new CGoods[n];
      //動態(tài)建立數(shù)組,不能初始化,調(diào)用n次缺省構(gòu)造函數(shù)   
      ……
      delete pc;
      delete pc1;
      delete []pc2;  }

      申請堆空間之后構(gòu)造函數(shù)運行;
      釋放堆空間之前析構(gòu)函數(shù)運行;
      再次強調(diào):由堆區(qū)創(chuàng)建對象數(shù)組,只能調(diào)用缺省的構(gòu)造函數(shù),不能調(diào)用其他任何構(gòu)造函數(shù)。如果沒有缺省的構(gòu)造函數(shù),則不能創(chuàng)建對象數(shù)組。

      ---------------------下面我們再來看一下指針數(shù)組和數(shù)組指針―――――――――――――
      如果你想了解指針最好理解以下的公式 :
      (1)int*ptr;//指針所指向的類型是int

        (2)char*ptr;//指針所指向的的類型是char

        (3)int**ptr;//指針所指向的的類型是int* (也就是一個int * 型指針)

        (4)int(*ptr)[3];//指針所指向的的類型是int()[3] //二維指針的聲明

      (1)指針數(shù)組:一個數(shù)組里存放的都是同一個類型的指針,通常我們把他叫做指針數(shù)組。
      比如 int * a[10];它里邊放了10個int * 型變量,由于它是一個數(shù)組,已經(jīng)在棧區(qū)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型變量的地址,這個時候你可以為這個數(shù)組的每一個元素初始化,在,或者單獨做個循環(huán)去初始化它。
      例子:
      int * a[2]={ new int(3),new int(4) };     //在棧區(qū)里聲明一個int * 數(shù)組,它的每一個元素都在堆區(qū)里申請了一個無名變量,并初始化他們?yōu)椋澈停矗⒁獯朔N聲明方式具有缺陷,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(nèi)的學(xué)生這么寫,可能會造成歧義,不是好的風(fēng)格,并且在VC中會報錯,應(yīng)該寫成如下?。?
      int * a[2];
      a[0]= new int[3];
      a[1]=new int[3];
      delete a[0];
      delet a[10];
      這樣申請內(nèi)存的風(fēng)格感覺比較符合大家的習(xí)慣;由于是數(shù)組,所以就不可以delete a;編譯會出警告.delete  a[1];
      注意這里 是一個數(shù)組,不能delete [] ;
      ( 2 ) 數(shù)組指針 : 一個指向一維或者多維數(shù)組的指針;
      int * b=new int[10]; 指向一維數(shù)組的指針b ;
      注意,這個時候釋放空間一定要delete [] ,否則會造成內(nèi)存泄露, b 就成為了空懸指針.

      int (*b2)[10]=new int[10][10]; 注意,這里的b2指向了一個二維int型數(shù)組的首地址.
      注意:在這里,b2等效于二維數(shù)組名,但沒有指出其邊界,即最高維的元素數(shù)量,但是它的最低維數(shù)的元素數(shù)量必須要指定!就像指向字符的指針,即等效一個字符串,不要把指向字符的指針說成指向字符串的指針。這與數(shù)組的嵌套定義相一致。
      int(*b3) [30] [20];  //三級指針――>指向三維數(shù)組的指針;
      int (*b2) [20];     //二級指針;
      b3=new int [1] [20] [30];
      b2=new int [30] [20];
           兩個數(shù)組都是由600個整數(shù)組成,前者是只有一個元素的三維數(shù)組,每個元素為30行20列的二維數(shù)組,而另一個是有30個元素的二維數(shù)組,每個元素為20個元素的一維數(shù)組。
           刪除這兩個動態(tài)數(shù)組可用下式:
      delete [] b3;  //刪除(釋放)三維數(shù)組;
      delete [] b2;  //刪除(釋放)二維數(shù)組;
      再次重申:這里的b2的類型是int (*) ,這樣表示一個指向二維數(shù)組的指針。
      b3表示一個指向(指向二維數(shù)組的指針)的指針,也就是三級指針.

      ( 3 ) 二級指針的指針
      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;
      注意此地方的指針類型為int (*),碰到這種問題就把外邊的[2]先去掉,然后回頭先把int ** p=new int(*)[n]申請出來,然后再把外邊的[2]附加上去;
      p代表了一個指向二級指針的指針,在它申請空間的時候要注意指針的類型,那就是int (*)代表二級指針,而int (**)顧名思義就是代表指向二級指針的指針了。既然是指針要在堆里申請空間,那首先要定義它的范圍:(int(*)[n])[2],n 個這樣的二級指針,其中的每一個二級指針的最低維是2個元素.(因為要確定一個二級指針的話,它的最低維數(shù)是必須指定的,上邊已經(jīng)提到)。然后我們又分別為p[0],p[1],p[2]…在堆里分配了空間,尤其要注意的是:在釋放內(nèi)存的時候一定要為p[0],p[1],p[2],單獨delete[] ,否則又會造成內(nèi)存泄露,在delete[]p 的時候一定先delete p[0]; delete p[1],然后再把給p申請的空間釋放掉 delete [] p ……這樣會防止內(nèi)存泄露。

      (3)指針的指針;
      int ** cc=new (int*)[10]; 聲明一個10個元素的數(shù)組,數(shù)組每個元素都是一個int *指針,每個元素還可以單獨申請空間,因為cc的類型是int*型的指針,所以你要在堆里申請的話就要用int *來申請;
      看下邊的例子  (vc & GNU編譯器都已經(jīng)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,否則會造成內(nèi)存泄露.;
            delete [] a[1];
       delete [] a;
            b++;
            cout<<*b<<endl;       //隨機數(shù)
      注意?。阂驗閍 是在堆里申請的無名變量數(shù)組,所以在delete 的時候要用delete [] 來釋放內(nèi)存,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],否則又會造成內(nèi)存泄露.
      (4) 指針數(shù)組?。?
         
      我們再來看看第二種?。憾S指針數(shù)組
      int *(*c)[3]=new int *[3][2];
      如果你對上邊的介紹的個種指針類型很熟悉的話,你一眼就能看出來c是個二級指針,只不過指向了一個二維int * 型的數(shù)組而已,也就是二維指針數(shù)組。
      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;    //打印結(jié)果為1
      delete [] b[0][0];
      delete [] b[0][1];
      delete [] b;
      cout<<*b[0][0]<<endl;    //打印隨機數(shù)
       這里只為大家還是要注意內(nèi)存泄露的問題,在這里就不再多說了。
      如果看了上邊的文章,大家估計就會很熟悉,這個b是一個二維指針,它指向了一個指針數(shù)組

      第二種?。?
      int **d[2];表示一個擁有兩個元素數(shù)組,每一個元素都是int ** 型,這個指向指針的指針:)
         d不管怎樣變終究也是個數(shù)組,呵呵,
         如果你讀懂了上邊的,那下邊的聲明就很簡單了:
         d[0]=new int *[10];
         d[1]=new int * [10];
      delete [] d[0];
      delete [] d[1];
      具體的就不再多說了 :)
      二?。骸『瘮?shù)指針 

      關(guān)于函數(shù)指針,我想在我們可能需要寫個函數(shù),這個函數(shù)體內(nèi)要調(diào)用另一個函數(shù),可是由于項目的進度有限,我們不知道要調(diào)用什么樣的函數(shù),這個時候可能就需要一個函數(shù)指針;

      int a();這個一個函數(shù)的聲明;
      ing (*b)();這是一個函數(shù)指針的聲明;
      讓我們來分析一下,左邊圓括弧中的星號是函數(shù)指針聲明的關(guān)鍵。另外兩個元素是函數(shù)的返回類型(void)和由邊圓括弧中的入口參數(shù)(本例中參數(shù)是空)。注意本例中還沒有創(chuàng)建指針變量-只是聲明了變量類型。目前可以用這個變量類型來創(chuàng)建類型定義名及用sizeof表達式獲得函數(shù)指針的大?。?
      unsigned psize = sizeof (int (*) ()); 獲得函數(shù)指針的大小
      // 為函數(shù)指針聲明類型定義
      typedef int (*PFUNC) ();

      PFUNC是一個函數(shù)指針,它指向的函數(shù)沒有輸入?yún)?shù),返回int。使用這個類型定義名可以隱藏復(fù)雜的函數(shù)指針語法,就我本人強烈建議我們大內(nèi)弟子使用這種方式來定義;

      下面是一個例子,一個簡單函數(shù)指針的回調(diào)(在GNU編譯器上通過,在VC上需要改變一個頭文件就OK了)

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

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

      // int (*pfunc)();              //一個簡單函數(shù)指針的聲明
      typedef int(*FUNC)();   //一個函數(shù)指針類型的聲明

      FUNC ff[] = {a,b,c,d,e,f,g,h,i};   //聲明一個函數(shù)指針數(shù)組,并初始化為以上聲明的a,b,c,d,e,f,g,h,i函數(shù)

      FUNC func3(FUNC vv){    //定義函數(shù)func3,傳入一個函數(shù)指針,并且返回一個同樣類型的函數(shù)指針
           vv();
           return vv;
      }

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

      int main(){
           for(int i=0;i<sizeof(ff)/sizeof (FUNC);i++){  //循環(huán)調(diào)用函數(shù)指針
                   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,我們只討論了函數(shù)指針及回調(diào)而沒有去注意ANSI C/C++的編譯器規(guī)范。許多編譯器有幾種調(diào)用規(guī)范。如在Visual C++中,可以在函數(shù)類型前加_cdecl,_stdcall或者_pascal來表示其調(diào)用規(guī)范(默認為_cdecl)。C++ Builder也支持_fastcall調(diào)用規(guī)范。調(diào)用規(guī)范影響編譯器產(chǎn)生的給定函數(shù)名,參數(shù)傳遞的順序(從右到左或從左到右),堆棧清理責(zé)任(調(diào)用者或者被調(diào)用者)以及參數(shù)傳遞機制(堆棧,CPU寄存器等)。
      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,所有的源程序都放在openlab3服務(wù)器上我的目錄下lib/cpp下,大家可以去拿。不知道的登陸openlab3 然后cd ~chengx/lib/cpp就可以看到了。

      還有很復(fù)雜的聲明可能也是一種挑戰(zhàn) 比如<<Think in c++>>里的
      int (*(*f4())[10]();的聲明,f4是一個返回指針的函數(shù),該指針指向了含有10個函數(shù)指針的數(shù)組,這些函數(shù)返回整形值;不是這個函數(shù)有特別之處,而是Bruce Eckel 說的“從右到左的辨認規(guī)則”是一種很好的方法,值得我們?nèi)W(xué)習(xí),感謝他:)

      最后我想應(yīng)該跟大家說一下,寫程序應(yīng)該就象JERRY所說的:簡單就是美;我們應(yīng)該遵循一個原則 : KISS (Keep It Simple,Stupid ,盡量保持程序簡單 出自 :《Practical C programming》),把自己的程序盡量的簡單明了,這是個非常非常好的習(xí)慣。

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