• c++指针


     指针,在C/C++语言中一直是很受宠的;几乎找不到一个不使用指针的C/C++应用。用于存储数据和程序的地址,这是指针的基本功能。用于指向整型数,用整数指针(int*);指向浮点数用浮点数指针(float*);指向结构,用对应的结构指针(struct xxx *);指向任意地址,用无类型指针(void*)。
        有时候,我们需要一些通用的指针。在C语言当中,(void*) 可以代表一切;但是在C++中,我们还有一些比较特殊的指针,无法用(void*)来表示。事实上,在C++中,想找到一个通用的指针,特别是通用的函数指针可是一个“不可能任务”。
       
        C++是一种强类型的语言,C++的编译器的功能是强大的,它的其中一个设计目标,是尽力为程序找出程序中可能存在的问题;因此,C++对类型的匹配是非常严格的。在C语言中,你可以用void*来指向一切;但在C++中,void*并不能指向一切,就算能,也没有意义,因为它不能帮你发现问题,比如,用函数指针赋值给一个数据指针。
       

    函数指针的实质

    函数对象实质上是一个实现了operator()--括号操作符--的类。
    例如:

    class Add
    {
    public:
      int operator()(int a, int b)
      {
        
    return a + b;
      }
    };


     

    Add add; // 定义函数对象
    cout << add(3,2); // 5


    函数指针版本就是:

    int AddFunc(int a, int b)
    {
      
    return a + b;
    }
    typedef 
    int (*Add) (int a, int b);


     

    Add add = &AddFunc;
    cout 
    << add(3,2); // 5


    呵呵,除了定义方式不一样,使用方式可是一样的。都是:

    cout << add(3,2);


    既然函数对象与函数指针在使用方式上没什么区别,那为什么要用函数对象呢?很简单,函数对象可以携带附加数据,而指针就不行了。

        下面我们来探讨一下,C++中如何存储各种类型的指针。
       
        1.  数据指针
         数据指针分为两种:常规数据指针和成员数据指针
         
        1.1 常规数据指针 (难度: 1)
         这个不用说明了,和C语言一样,很简单,直接定义、赋值就够了。常见的有:int*, double* 等等。
         如:
         int value = 123;
         int * pn = &value;
         
         
        1.2 成员数据指针 (难度: 4)
         有如下的结构:
         struct MyStruct
         {
           int key;
           int value;
         };
         
         现在有一个结构对象:
         MyStruct me;
         
         我们需要 value 成员的地址,我们可以:
         int * pValue = &me.value;
         
         :) 没什么难的对吧?
         
         我们假设一下,现在有一个结构的指针:
         
         MyStruct* pMe = new MyStruct;
         现在,我们要取得 pMe中 value 的指针,要怎么做呢?
         int * ppValue = &pMe->value;
         
         :) 这仍然很容易。
         
         当然了,上面讨论的仍然是属于第一种范筹----常规数据指针。
         
         好了,我们现在需要一种指针,它指向MyStruct中的任一数据成员,那么它应该是这样的子:
         int MyStruct::* pMV = &MyStruct::value;
         或
         int MyStruct::* pMK = &MyStruct::key;
         
         这种指针的用途是用于取得结构成员在结构内的地址。我们可以通过该指针来访问成员数据:
         int value = pMe->*pMV; // 取得pMe的value成员数据。
         int value = me.*pMK; // 取得me的key成员数据。
         
         也许有人会问了,这种指针有什么用?
         确实,成员指针本来就不是一种很常用的指针。不过,在某些时候还是很有用处的。我们先来看看下面的一个函数:
         
      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;
      }
         
         这个函数的功能是什么,你能看明白吗?它的功能就是,给定count个MyStruct结构的指针,计算出给定成员数据的总和。有点拗口对吧?看看下面的程序,你也许就明白了:
         
         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);
         //计算10个MyStruct结构的value成员的总和: sum_value 值 为 110     (2+4+6+8+...+20)
         
         int sum_key = sum(me, &MyStruct::key, 10);
         //计算10个MyStruct结构的key成员的总和:   sum_key 值 为 100       (1+3+5+7+...+19)
         
         
         也许,你觉得用常规指针也可以做到,而且更易懂。Ok,没问题:
         int sum_value(MyStruct* objs, int count)
         {
          int result = 0;
          for(int i = 0; i < count; ++i)
           result += objs[i].value;
          return result;
         }
         你是想这么做吗?但这么做,你只能计算value,如果要算key的话,你要多写一个函数。有多少个成员需要计算的话,你就要写多少个函数,多麻烦啊。

     C语言的指针相当的灵活方便,但也相当容易出错。许多C语言初学者,甚至C语言老鸟都很容易栽倒在C语言的指针下。但不可否认的是,指针在C语言中的位置极其重要,也许可以偏激一点的来说:没有指针的C程序不是真正的C程序。
      然而C++的指针却常常给我一种束手束脚的感觉。C++比C语言有更严格的静态类型,更加强调类型安全,强调编译时检查。因此,对于C语言中最容易错用的指针,更是不能放过:C++的指针被分成数据指针,数据成员指针,函数指针,成员函数指针,而且不能随便相互转换。而且这些指针的声明格式都不一样:

    数据指针 T *
    成员数据指针 T::*
    函数指针 R (*)(...)
    成员函数指针 R (T::*)(...)

      尽管C++中仍然有万能指针void*,但它却属于被批斗的对象,而且再也不能“万能”了。它不能转换成成员指针。

      这样一来,C++的指针就变得很尴尬:我们需要一种指针能够指向同一类型的数据,不管这个数据是普通数据,还是成员数据;我们更需要一种指针能够指向同一类型的函数,不管这个函数是静态函数,还是成员函数。但是没有,至少从现在的C++标准中,还没有看到。

    C/C++中,数据指针是最直接,也最常用的,因此,理解起来也比较容易。而函数指针,作为运行时动态调用(比如回调函数 CallBack Function)是一种常见的,而且是很好用的手段。

      我们先简单的说一下函数指针。(这一部份没什么价值,纯是为了引出下一节的内容)
       
     常规函数指针
             void ( * fp)();

      fp 是一个典型的函数指针,用于指向无参数,无返回值的函数。
             void ( * fp2)( int );

      fp2 也是一个函数指针,用于指向有一个整型参数,无返回值的函数。
      当然,有经验人士一般都会建议使用typedef来定义函数指针的类型,如:
            typedef  void ( *  FP)();
            FP fp3;  //  
    和上面的fp一样的定义。

      函数指针之所以让初学者畏惧,最主要的原因是它的括号太多了;某些用途的函数指针,往往会让人陷在括号堆中出不来,这里就不举例了,因为不是本文讨论的范围;typedef 方法可以有效的减少括号的数量,以及理清层次,所以受到推荐。本文暂时只考虑简单的函数指针,因此暂不用到typedef

      假如有如下两个函数:
       void  f1()
       {
          std::cout  <<   " call f  "   <<  std::endl;
      }
      
       void  f2( int  a)
       {
          std::cout  <<   " call f2(  "   <<  a  <<   "  ) "   <<  std::endl;
      }

      现在需要通过函数指针来调用,我们需要给指针指定函数:
      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;  
       // 
    调用时如下:
      fp();  //  
     (*fp)();
      fp2( 1 );  //  
     (*fp2)(1);
      fp3();   //  
     (*fp3)();

      对于此两种调用方法,效果完全一样,我推荐用前一种。后一种不仅仅是多打了键盘,而且也损失了一些灵活性。这里暂且不说它。
      
      C++强调类型安全。也就是说,不同类型的变量是不能直接赋值的,否则轻则警告,重则报错。这是一个很有用的特性,常常能帮我们找到问题。因此,有识之士认为,C++中的任何一外警告都不能忽视。甚至有人提出,编译的时候不能出现任何警告信息,也就是说,警告应该当作错误一样处理。
      
      比如,我们把f1赋值给fp2,那么C++编译器(vc7.1)就会报错:
      fp2  =   & f1;  //  error C2440: “=” : 
    无法从“void (__cdecl *)(void)”转换为“void (__cdecl *)(int)”
      fp1  =   & f1;  //  OK

      这样,编译器可以帮我们找出编码上的错误,节省了我们的排错时间。
      
      考虑一下C++标准模板库的sort函数:
       //  
    快速排序函数
      template<typename RandomAccessIterator, typename BinaryPredicate>
          void  sort(
            RandomAccessIterator _First,  //  
    需排序数据的第一个元素位置
            RandomAccessIterator _Last,   //  
    需排序数据的最后一个元素位置(不参与排序)
            BinaryPredicate _Comp      //  
    排序使用的比较算法(可以是函数指针、函数对象等)
         );

      比如,我们有一个整型数组:
       int  n[ 5 ]  =   { 3 , 2 , 1 , 8 , 9 } ;

      要对它进行升序排序,我们需定义一个比较函数:
       bool  less( int  a,  int  b)
       {
           return  a  <  b; 
      }

      然后用:
      sort(n, n + 5 , less);

      要是想对它进行降序排序,我们只要换一个比较函数就可以了。C/C++的标准模板已经提供了lessgreat函数,因此我们可以直接用下面的语句来比较:  
      sort(n, n + 5 , great);


      这样,不需要改变sort函数的定义,就可以按任意方法进行排序,是不是很灵活?  
      这种用法以C++的标准模板库(STL)中非常流行。另外,操作系统中也经常使用回调(CallBack)函数,实际上,所谓回调函数,本质就是函数指针。

      看起来很简单吧,这是最普通的C语言指针的用法。本来这是一个很美妙的事情,但是当C++来临时,世界就开始变了样。
      假如,用来进行sort的比较函数是某个类的成员,那又如何呢?

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