C++指針探討 (-) 數據指針
指針,在C/C++語言中一直是很受寵的;幾乎找不到一個不使用指針的C/C++應用。用于存儲數據和程序的地址,這是指針的基本功能。用于指向整型數,
用整數指針(int*);指向浮點數用浮點數指針(float*);指向結構,用對應的結構指針(struct xxx
*);指向任意地址,用無類型指針(void*)。
有時候,我們需要一些通用的指針。在C語言當中,(void*)
可以代表一切;但是在C++中,我們還有一些比較特殊的指針,無法用(void*)來表示。事實上,在C++中,想找到一個通用的指針,特別是通用的函數
指針可是一個“不可能任務”。
C++是一種強類型的語言,C++的編譯器的功能是強大的,它的其中一個設計目標,是盡力為程序找出程序中可能存在的問題;因此,C++對類型的匹配是非
常嚴格的。在C語言中,你可以用void*來指向一切;但在C++中,void*并不能指向一切,就算能,也沒有意義,因為它不能幫你發現問題,比如,用
函數指針賦值給一個數據指針。
下面我們來探討一下,C++中如何存儲各種類型的指針。
1. 數據指針
數據指針分為兩種:常規數據指針和成員數據指針
1.1 常規數據指針 (難度: 1)
這個不用說明了,和C語言一樣,很簡單,直接定義、賦值就夠了。常見的有:int*, double* 等等。
如:
int value = 123;
int * pn = &value;
1.2 成員數據指針 (難度: 4)
有如下的結構:
struct MyStruct
{
int key;
int value;
};
現在有一個結構對象:
MyStruct me;
我們需要 value 成員的地址,我們可以:
int * pValue = &me.value;
:) 沒什么難的對吧?
我們假設一下,現在有一個結構的指針:
MyStruct* pMe = new MyStruct;
現在,我們要取得 pMe中 value 的指針,要怎么做呢?
int * ppValue = &pMe->value;
:) 這仍然很容易。
當然了,上面討論的仍然是屬于第一種范籌----常規數據指針。
好了,我們現在需要一種指針,它指向MyStruct中的任一數據成員,那么它應該是這樣的子:
int MyStruct::* pMV = &MyStruct::value;
或
int MyStruct::* pMK = &MyStruct::key;
這種指針的用途是用于取得結構成員在結構內的地址。我們可以通過該指針來訪問成員數據:
int value = pMe->*pMV; // 取得pMe的value成員數據。
int value = me.*pMK; // 取得me的key成員數據。
也許有人會問了,這種指針有什么用?
確實,成員指針本來就不是一種很常用的指針。不過,在某些時候還是很有用處的。我們先來看看下面的一個函數:
int sum(MyStruct* objs, int MyStruct::* pm, int count)
{
int result = 0;
for(int i = 0; i < count; ++i)
result += objs[i].*pm;
return result;
}
這個函數的功能是什么,你能看明白嗎?它的功能就是,給定count個MyStruct結構的指針,計算出給定成員數據的總和。有點拗口對吧?看看下面的程序,你也許就明白了:
MyStruct me[10] =
{
{1,2},{3,4},{5,6},{7,8},{9,10},{11,12},{13,14},{15,16},{17,18},{19,20}
};
int sum_value = sum(me, &MyStruct::value, 10);
//計算10個MyStruct結構的value成員的總和: sum_value 值 為 110 (2+4+6+8+...+20)
int sum_key = sum(me, &MyStruct::key, 10);
//計算10個MyStruct結構的key成員的總和:
sum_key 值 為 100 (1+3+5+7+...+19)
也許,你覺得用常規指針也可以做到,而且更易懂。Ok,沒問題:
int sum_value(MyStruct* objs, int count)
{
int result = 0;
for(int i = 0; i < count; ++i)
result += objs[i].value;
return result;
}
你是想這么做嗎?但這么做,你只能計算value,如果要算key的話,你要多寫一個函數。有多少個成員需要計算的話,你就要寫多少個函數,多麻煩啊。
C++指針探討 (二) 函數指針 - -
在C/C++中,數據指針是最直接,也最常用的,因此,理解起來也比較容易。而函數指針,作為運行時動態調用(比如回調函數 CallBack Function)是一種常見的,而且是很好用的手段,不能不好好認識一番。
接下來,我們就討論一下函數指針。
2 常規函數指針(難度: 3)
void(*fp)();
fp 是一個典型的函數指針,用于指向無參數,無返回值的函數。
void(*fp2)(int);
fp2 也是一個函數指針,用于指向有一個整型參數,無返回值的函數。
當然,有經驗人士一般都會建議使用typedef來定義函數指針的類型,如:
typedef void(* FP)();
FP fp3; // 和上面的fp一樣的定義。
函數指針之所以讓初學者畏懼,最主要的原因是它的括號太多了;某些用途的函數指針,往往會讓人陷在括號堆中出不來,這里就不舉例了,因為不是本文討論的范
圍;typedef 方法可以有效的減少括號的數量,以及理清層次,所以受到推薦。本文暫時只考慮簡單的函數指針,因此暫不用到typedef。
假如有如下兩個函數:
void f1()
{
std::cout << "call f " << std::endl;
}
void f2(int a)
{
std::cout << "call f2( " << a << " )" << std::endl;
}
現在需要通過函數指針來調用,我們需要給指針指定函數:
fp = &f1; // 也可以用:fp = f1;
fp2= &f2; // 也可以用:fp2= f2;
void (*fp3)() = &f1; // 也可以用:void (*fp3)() = f1;
調用時如下:
fp(); // 或 (*fp)();
fp2(1); // 或 (*fp2)(1);
fp3(); // 或 (*fp3)();
對于此兩種調用方法,效果完全一樣,我推薦用前一種。后一種不僅僅是多打了鍵盤,而且也損失了一些靈活性。這里暫且不說它。
C
++強調類型安全。也就是說,不同類型的變量是不能直接賦值的,否則輕則警告,重則報錯。這是一個很有用的特性,常常能幫我們找到問題。因此,有識之士認
為,C++中的任何一外警告都不能忽視。甚至有人提出,編譯的時候不能出現任何警告信息,也就是說,警告應該當作錯誤一樣處理。
比如,我們把f1賦值給fp2,那么C++編譯器(vc7.1)就會報錯:
fp2 = &f1; // error C2440: “=” : 無法從“void (__cdecl *)(void)”轉換為“void (__cdecl *)(int)”
fp1 = &f1; // OK
這樣,編譯器可以幫我們找出編碼上的錯誤,節省了我們的排錯時間。C++編譯器正致力于這一點。
考慮一下C++標準模板庫的sort函數:
// 快速排序函數
template
void sort(
RandomAccessIterator _First, // 需排序數據的第一個元素位置
RandomAccessIterator _Last, // 需排序數據的最后一個元素位置(不參與排序)
BinaryPredicate _Comp // 排序使用的比較算法(可以是函數指針、函數對象等)
);
比如,我們有一個整型數組:
int n[5] = {3,2,1,8,9};
要對它進行升序排序,我們需定義一個比較函數:
bool less(int a, int b)
{
return a < b; // 感謝網友指出筆誤之處。原為 return a-b 是錯誤的。
}
然后用:
sort(n, n+5, less);
這樣,不需要改變sort函數的定義,就可以按任意方法進行排序,是不是很靈活?
這種用法以C++的標準模板庫(STL)中非常流行。另外,操作系統中也經常使用回調(CallBack)函數,實際上,所謂回調函數,本質就是函數指針。
(附注)
本文中為了說明函數指針,使用了less和great這兩個函數。在C/C++的標準模板庫中已經有相應的函數可以直接使用,不需要自已定義。