第4章 數(shù)組、指針與引用

　　4.1 數(shù)組

　　1�币痪S數(shù)組

　　(1)一維數(shù)組的定義

　　一維數(shù)組是由具有一個(gè)下標(biāo)的數(shù)組元素組成的數(shù)組，其定義形式如下：

　　<數(shù)據(jù)類(lèi)型><數(shù)組名>[<數(shù)組長(zhǎng)度>];

　　在此，<數(shù)據(jù)類(lèi)型>是類(lèi)型說(shuō)明符，<數(shù)組名>是數(shù)組的名字，<數(shù)組長(zhǎng)度>是任一值為正整數(shù)的int型常量表達(dá)式。<數(shù)組長(zhǎng)度>用來(lái)指定數(shù)組中元素的個(gè)數(shù)，即數(shù)組的大小，數(shù)組元素的下標(biāo)是從0到<數(shù)組長(zhǎng)度>-1。

　　(2)一維數(shù)組初始化

　　與所有的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型相同，數(shù)組也可以在時(shí)初始化。

　　當(dāng)數(shù)組聲明沒(méi)有給出數(shù)組的大小，但是有初始化列表時(shí)，數(shù)組的大小就由列表中元素的個(gè)數(shù)來(lái)確定。

　　在定義數(shù)組時(shí)，可以不必給出所有數(shù)組元素的初始值，即在定義時(shí)部分地初始化數(shù)組。

　　(3)訪問(wèn)數(shù)組元素

　　訪問(wèn)數(shù)組元素的語(yǔ)法形式是：

　　<數(shù)組名>[<表達(dá)式>]

　　在此，<表達(dá)式>是非負(fù)的int型表達(dá)式，稱(chēng)為下標(biāo)。下標(biāo)用于指定所要訪問(wèn)的數(shù)組中元素的位置。在C+ +中，[]是一個(gè)運(yùn)算符，稱(chēng)為下標(biāo)運(yùn)算符。數(shù)組下標(biāo)從0開(kāi)始，長(zhǎng)度為n的數(shù)組，其下標(biāo)的范圍是0到n-1。在數(shù)組定義以后，給數(shù)組賦值時(shí)，必須一個(gè)元素一個(gè)元素的逐個(gè)訪問(wèn)。

　　2�倍�維數(shù)組

　　以行和列(即二維)形式排列的固定數(shù)目元素的集合，并且組成數(shù)組的每個(gè)元素的類(lèi)型都相同，即帶有兩個(gè)下標(biāo)的數(shù)組。

　　(1)二維數(shù)組的定義

　　定義二維數(shù)組的語(yǔ)法是：

　　<數(shù)據(jù)類(lèi)型><數(shù)組名>[<表達(dá)式1>][<表達(dá)式2>];

　　在此<表達(dá)式1>和<表達(dá)式2>是值為正整數(shù)的常量表達(dá)式。表達(dá)式<表達(dá)式1>和<表達(dá)式2>，分別用來(lái)指定數(shù)組中行和列的數(shù)目。

　　(2)二維數(shù)組初始化

　　與一維數(shù)組相同，二維數(shù)組也可以在定義時(shí)初始化。

　　在定義時(shí)初始化二維數(shù)組要注意：

　�、偎�有在一行中的元素可以用花括號(hào)括起來(lái)，并且用逗號(hào)分隔;

　�、趯�(duì)于數(shù)字類(lèi)型數(shù)組，如果給定的數(shù)值不夠，則沒(méi)有指定數(shù)值的元素將初始化為0。此時(shí)，至少應(yīng)有一個(gè)值來(lái)初始化二維數(shù)組。

　�、郛�(dāng)數(shù)組聲明時(shí)沒(méi)有給出第一維的大小，但是有初始化列表時(shí)，第一維的大小就由列表中子列表的個(gè)數(shù)來(lái)確定。

　　(3)訪問(wèn)二維數(shù)組元素

　　若要訪問(wèn)二維數(shù)組的元素，必須要給出兩個(gè)下標(biāo)：一個(gè)行下標(biāo)和一個(gè)列下標(biāo)。訪問(wèn)二維數(shù)組元素的語(yǔ)法是：

　　<數(shù)組名>[<表達(dá)式1>][表達(dá)式2];

　　這里<表達(dá)式1>和<表達(dá)式2>是值為非負(fù)整數(shù)的表達(dá)式。<表達(dá)式1>指定行下標(biāo)，<表達(dá)式2>指定列下標(biāo)。

　　(3)多維數(shù)組

　　在C+ +中，對(duì)數(shù)組維數(shù)沒(méi)有限制。下面是對(duì)數(shù)組的通用定義。

　　以n維列表形式排列的固定數(shù)目元素的集合，稱(chēng)為n維數(shù)組。定義n維數(shù)組的語(yǔ)法是：

　　<數(shù)據(jù)類(lèi)型><數(shù)組名>[<表達(dá)式1>][<表達(dá)式2>]…[<表達(dá)式n>];

　　在此<表達(dá)式1>，<表達(dá)式2>，…<表達(dá)式n>都是值為正整數(shù)的常量表達(dá)式。

　　訪問(wèn)n維數(shù)組元素的語(yǔ)法是：

　　<數(shù)組名>[<表達(dá)式1>][<表達(dá)式2>]…[<表達(dá)式n>];

　　在此<表達(dá)式1>，<表達(dá)式2>，…<表達(dá)式n>都是值為非負(fù)整數(shù)的表達(dá)式。<表達(dá)式i>(i=1，2，…，n)用來(lái)指定第i維元素的位置。

　　在將多維數(shù)組作為函數(shù)的形參時(shí)，可以不指定該數(shù)組中第一維的大小，但是必須指定該數(shù)組中其他維的大小。多維數(shù)組只可以作為引用參數(shù)傳遞給函數(shù)，并且函數(shù)不能返回一個(gè)數(shù)組類(lèi)型的返回值。C+ +對(duì)數(shù)組下標(biāo)不做檢查。

　　4�弊址麛�(shù)組

　　(1)string類(lèi)型與字符數(shù)組

　　string類(lèi)型在ANSI/ISO標(biāo)準(zhǔn)C+ +頒布之前，標(biāo)準(zhǔn)C+ +庫(kù)并不提供string數(shù)據(jù)類(lèi)型。string是一種用戶(hù)自定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型，它由C+ +標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)來(lái)支持，而不是C+ +語(yǔ)言本身的一部分。在使用strign數(shù)據(jù)類(lèi)型之前，需要在程序中包含頭文件string并聲明其所在的名字空間std。所有元素都是char類(lèi)型的數(shù)組稱(chēng)為字符數(shù)組。

　　字符數(shù)組有如下特點(diǎn)：

　�、贁�(shù)組元素跟一般變量一樣可以賦值、比較、計(jì)算等。

　�、跀�(shù)組下標(biāo)也是從0～N-1(N為數(shù)組長(zhǎng)度)。

　　③字符數(shù)組長(zhǎng)度可以顯式給出，也可以隱式得到。

　�、苡呻p引號(hào)括起來(lái)的字符串常量具有靜態(tài)字符串?dāng)?shù)組類(lèi)型。

　　⑤用字符串對(duì)數(shù)組初始化時(shí)，編譯程序以′\0′作為結(jié)束這個(gè)數(shù)組的標(biāo)志。因此，數(shù)組長(zhǎng)度至少要比字符串長(zhǎng)度多1。

　　(2)常用字符串函數(shù)

　　C+ +提供了一系列字符串操作的函數(shù)，這些函數(shù)都包含在頭文件cstring中。其中經(jīng)常會(huì)用到的字符串函數(shù)包括：strcpy(字符串拷貝，將一個(gè)字符串拷貝到另一個(gè)字符串變量中)、strcat(字符串連接，在字符串末端添加字符串)、strcmp(字符串比較，用來(lái)比較字符串)、strlen(字符串長(zhǎng)度，用來(lái)求出字符串長(zhǎng)度)、和strstr(字符串查找，在一個(gè)字符串中查找子串)。

　　①strcpy函數(shù)

　　調(diào)用strcpy()函數(shù)的一般形式為：

　　strcpy(to，from);

　　該函數(shù)將from字符串中的內(nèi)容復(fù)制到to字符串中。請(qǐng)記住，構(gòu)成to的字符串必須足夠大，以便保存包含在from中的字符串。否則，to字符串將會(huì)溢出，這很可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

　�、趕trcat函數(shù)

　　調(diào)用strcat()函數(shù)的一般形式為：

　　strcat(s1，s2);

　　該函數(shù)將字符串s2添加到字符串s1的末端;但并不修改字符串s2。必須確保字符串s1足夠大，以便保存它自己的內(nèi)容和字符串s2中的內(nèi)容。

　�、踫trcmp函數(shù)

　　調(diào)用strcmp()函數(shù)的一般形式為：

　　strcmp(s1，s2);

　　該函數(shù)比較兩個(gè)字符串，如果兩個(gè)字符串相等，返回0。如果字符串s1在字典順序上比字符串s2大，則返回一個(gè)正數(shù);如果比字符串s2小，則返回一個(gè)負(fù)數(shù)。

　　注意：函數(shù)strcmp比較兩個(gè)字符串時(shí)所采用的字典順序與真正意義上的字典順序還是有些差別的。實(shí)際上，它依次比較兩個(gè)字符串相應(yīng)字符的編碼值(如ASCII碼值)來(lái)決定兩個(gè)字符串的大小。如，上面比較strcmp(″A″，″a″)的結(jié)果變?yōu)?1，因?yàn)樽址�′A′的編碼值為65，而字符′a′的編碼值為97，這與傳統(tǒng)意義上的字典順序不同。

　�、躶trlen函數(shù)

　　調(diào)用strlen()函數(shù)的一般形式為：

　　strlen(s);

　　該函數(shù)返回字符串s的長(zhǎng)度，即字符串中字符的個(gè)數(shù)(不包括字符串結(jié)尾的′\ 0′)。

　　⑤strstr函數(shù)

　　調(diào)用strstr()函數(shù)的一般形式為：

　　strstr(s1，s2);

　　該函數(shù)在字符串s1中從左邊開(kāi)始查找字符串s2，若查找成功則返回s2在s1中首次出現(xiàn)的位置，否則返回NULL，如果s2為″ ″，則返回s1。

　　4.2 指針

　　指針(即指針變量)是C+ +語(yǔ)言最大的功能之一。一個(gè)指針是一個(gè)特定類(lèi)型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址，比如一個(gè)變量的地址。

　　與其他類(lèi)型變量一樣，指針變量也必須要聲明。指針變量聲明的一般形式為：

　　<數(shù)據(jù)類(lèi)型>*<變量名>;

　　其中，<數(shù)據(jù)類(lèi)型>是指針?biāo)�指�?duì)象的類(lèi)型，在C+ +中可以指向任何C+ +類(lèi)型。<變量名>是指針變量名。

　　指針使用兩種特殊的運(yùn)算符——*和&。

　　一元(單目)運(yùn)算符&用于返回其操作對(duì)象的內(nèi)存地址，其操作對(duì)象通常為一個(gè)變量名。例如：

　　ptr=&total;

　　把變量total的內(nèi)存地址存到指針變量ptr中。該地址是total變量在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的存儲(chǔ)地址。

　　第二個(gè)與指針相關(guān)的運(yùn)算符是*，它與&運(yùn)算符作用相反。作為一元運(yùn)算符的*用于返回其操作數(shù)所指對(duì)象的值，因此，該運(yùn)算符要求其操作對(duì)象為一個(gè)指針。

　　1�敝羔樅偷刂�

　　(1)指針說(shuō)明

　　從指針的定義可知，指針是用所指對(duì)象類(lèi)型來(lái)表征的。在使用任何指針變量之前必須先給它賦一個(gè)所指合法具體對(duì)象的地址值。

　　如何使一個(gè)指針指向一個(gè)具體對(duì)象：

　　①使用new運(yùn)算符(或malloc和alloc等函數(shù))給指針?lè)峙湟粋�(gè)具體空間。

　　②將另一個(gè)同類(lèi)型的指針賦給它以獲得值。

　　③通過(guò)&運(yùn)算符指向某個(gè)對(duì)象。

　　(2)指針運(yùn)算

　　盡管指針中存放的是變量的地址，但在C+ +中指針只能進(jìn)行如下運(yùn)算。

　�、僦羔樅驼�型量可以進(jìn)行加減

　�、谌魀1，p2為指針，當(dāng)p1和p2指向同一類(lèi)型時(shí)，可以進(jìn)行賦值。

　　③兩個(gè)指向同一類(lèi)型的指針，可進(jìn)行= =，>，<等關(guān)系運(yùn)算，其實(shí)就是地址的比較。

　�、軆蓚�(gè)指向同一數(shù)組成員的指針可進(jìn)行相減，結(jié)果為兩個(gè)指針之間相差元素的個(gè)數(shù)。

　　注意：兩指針不能相加。

　　2�敝羔樅蛿�(shù)組

　　在C+ +中，指針和數(shù)組的關(guān)系極為密切。實(shí)際上，數(shù)組的參數(shù)傳遞、數(shù)組元素的存取，都可通過(guò)指針操作來(lái)完成。指針和數(shù)組常�？梢曰�換。

　　在C+ +中，數(shù)組的名字就是指向該數(shù)組第一個(gè)元素(下標(biāo)為0)的指針，即該數(shù)組第一個(gè)元素的地址，也即數(shù)組的首地址。

　　一般情況下，一個(gè)數(shù)組元素的下標(biāo)訪問(wèn)a[i]等價(jià)于相應(yīng)的指針訪問(wèn)*(a+i)。但特別注意：數(shù)組名和指針(變量)是有區(qū)別的，前者是常量，即數(shù)組名是一個(gè)常量指針，而后者是指針變量。因此，盡管我們可寫(xiě)pa=a;但不能寫(xiě)：a=pa;或pa=&a;因?yàn)槲覀儾荒芨淖兂Ａ康闹�，也不能取常量的地址�?/P>

　　數(shù)組名可作為參數(shù)進(jìn)行傳遞。當(dāng)將數(shù)組名傳給函數(shù)時(shí)，實(shí)際上所傳遞的是數(shù)組的開(kāi)始地址。(即數(shù)組第一個(gè)元素的地址)

　　為什么要使用指針?簡(jiǎn)單地說(shuō)指針運(yùn)算比數(shù)組運(yùn)算的速度快。

　　此外，使用指針的另外一個(gè)原因是在大量數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，使用傳遞指針要遠(yuǎn)比傳遞數(shù)據(jù)本身效率高的多，如在函數(shù)參數(shù)傳遞及函數(shù)返回值時(shí)。當(dāng)然，使用指針會(huì)給程序帶來(lái)安全隱患(如指針懸掛問(wèn)題)，同時(shí)還使得程序的可讀性降低(顯然，用數(shù)組實(shí)現(xiàn)的程序要比用指針實(shí)現(xiàn)的程序的可讀性要好)。

　　對(duì)于字符串常量，可以把它看成是一個(gè)無(wú)名字符數(shù)組，C+ +編譯程序會(huì)自動(dòng)為它分配一個(gè)空間來(lái)存放這個(gè)常量，字符串常量的值本身就是指向這個(gè)無(wú)名字符數(shù)組的第一個(gè)字符的指針，其類(lèi)型是字符指針。

　　3�敝羔様�(shù)組和函數(shù)指針

　　(1)指針數(shù)組

　　指針數(shù)組就是由指針組成的數(shù)組，即數(shù)組中的每一個(gè)元素都是指向同一類(lèi)型對(duì)象的指針。

　　指針數(shù)組可以是全局的、靜態(tài)的和局部的。字符指針數(shù)組和二維字符數(shù)組在許多方面是一樣的，如初始化形式、成員訪問(wèn)方式，因此我們有必要了解它們的區(qū)別和各自的使用場(chǎng)合。

　　盡管二維字符數(shù)組與字符指針數(shù)組在存儲(chǔ)形式上不同，但它們?cè)诔跏蓟�形式以及訪問(wèn)元素方式上卻是相同的。

　　采用指針數(shù)組的理由是：它可以節(jié)省存貯空間，因而通常用來(lái)存放不同長(zhǎng)度的字符串。例如，如果要保存從標(biāo)準(zhǔn)輸入或文件中讀入的行，字符指針數(shù)組是一個(gè)好的選擇。因?yàn)樽x入的行可能長(zhǎng)短差異很大。

　　(2)命令行參數(shù)

　　在C+ +中可以實(shí)現(xiàn)帶有命令行參數(shù)的程序，它是通過(guò)main帶有參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　在C+ +中，主函數(shù)main還可以帶有參數(shù)，形式如下：

　　int main(int argc，char * argv[])

　　或int main(int argc，char * * argv[])

　　其中：

　　argc為包含命令本身在內(nèi)的參數(shù)個(gè)數(shù)。

　　argc為指針數(shù)組，數(shù)組元素為指向各參數(shù)(包含命令本身在內(nèi))的指針。

　　(3)函數(shù)指針

　　在C+ +中，允許指針指向一個(gè)函數(shù)，即指向函數(shù)的指針。函數(shù)指針的說(shuō)明形式為：

　　類(lèi)型(*標(biāo)識(shí)符)();

　　例如：int (* fp)();定義了一個(gè)指向返回值為整型值的函數(shù)的指針fp。

　　注意：int(*fp)();與int*fp();的不同在于，前者是函數(shù)指針，后者為返回指向int指針的函數(shù)。

　　與其他類(lèi)型的指針變量一樣，在使用函數(shù)指針前必須使它指向一個(gè)具體的函數(shù)。若要函數(shù)指針指向一個(gè)具體函數(shù)，可通過(guò)賦值語(yǔ)句或參數(shù)傳遞。

　　函數(shù)指針=函數(shù)名;

　　該賦值語(yǔ)句將使一個(gè)函數(shù)指針指向一個(gè)具體函數(shù)(在C+ +中，函數(shù)名是作為指向函數(shù)的指針值來(lái)處理)。函數(shù)指針的最大用途是它可以使得一個(gè)函數(shù)作為其他函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行傳遞，擴(kuò)展了函數(shù)的功能。

　　4.3 引用

　　1�币�用的概念

　　引用是個(gè)別名，建立時(shí)須用另一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象(如一個(gè)變量)的名字進(jìn)行初始化，以指定該引用所代表的數(shù)據(jù)對(duì)象。此后，對(duì)引用的任何實(shí)操作實(shí)際上就是對(duì)所代表的數(shù)據(jù)對(duì)象的操作。一個(gè)引用變量要占用相當(dāng)于一個(gè)指針?biāo)�需要的空間，但系統(tǒng)不會(huì)為它所代表的數(shù)據(jù)對(duì)象再次分配空間。

　　在類(lèi)型名后跟引用運(yùn)算符“&”，以及引用名來(lái)創(chuàng)建一個(gè)引用。引用名就是一個(gè)變量名。

　　注意：引用運(yùn)算符與地址操作符使用相同的符號(hào)(即運(yùn)算符重載)，但它們含義不一樣。引用運(yùn)算符只在聲明變量的時(shí)候使用，它放在類(lèi)型名后面。

　　使用引用時(shí)應(yīng)遵循一定的規(guī)則：

　　(1)引用被創(chuàng)建時(shí)，它必須立即被初始化(指針則可以在任何時(shí)候被初始化)。

　　(2)一旦一個(gè)引用被初始化為一個(gè)對(duì)象的引用，它就不能再被改變?yōu)閷?duì)另一個(gè)對(duì)象的引用。(指針則可以在任何時(shí)候改變?yōu)橹赶蛄硪粋�(gè)對(duì)象。)

　　(3)不可能有NULL引用。必須確保引用是具體合法的對(duì)象的引用(即引用應(yīng)和一塊合法的存儲(chǔ)空間關(guān)聯(lián))。

　　2�庇靡�用傳遞函數(shù)參數(shù)

　　引用的一個(gè)重要用途就是作為函數(shù)的參數(shù)。在C+ +中，函數(shù)參數(shù)傳遞采用的是傳值，如果要有占用空間大的對(duì)象(例如一個(gè)大的結(jié)構(gòu)對(duì)象或類(lèi)對(duì)象)需要作為函數(shù)參數(shù)傳遞的時(shí)候，在C語(yǔ)言中的做法往往是使用指針，因?yàn)檫@樣可以避免將整個(gè)實(shí)參對(duì)象數(shù)據(jù)全部拷貝給形式參數(shù)，可以提高程序的執(zhí)行效率。在C+ +中，既可以使用指針，但由于C+ +引入了引用概念，亦可以用引用來(lái)做同樣的事情。引用作為參數(shù)的最大好處是：引用參數(shù)既可以像指針那樣工作，其使用方式又和一般變量相同。也就是說(shuō)，引用比指針具有更好的可讀性。

　　4.4 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配

　　動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配功能在C+ +中是通過(guò)new和delete運(yùn)算符來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　1�笔褂胣ew獲得動(dòng)態(tài)內(nèi)存空間

　　運(yùn)算符new用于申請(qǐng)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間，它的操作數(shù)為某種數(shù)據(jù)類(lèi)型且可以帶有初值表達(dá)式或元素個(gè)數(shù)。new返回一個(gè)指向其操作類(lèi)型變量的指針。使用new對(duì)某種類(lèi)型變量進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配的語(yǔ)法格式為：

　　<指針>=new<類(lèi)型>;

　　其中，<類(lèi)型>表示要分配的變量類(lèi)型(如char、int、double);<指針>表示指向<類(lèi)型>類(lèi)型變量的指針(如char*、int*、double*等)。

　　2�笔褂胐elete釋放動(dòng)態(tài)內(nèi)存空間

　　當(dāng)動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存空間在程序中使用完畢之后，必須顯式地將它們釋放。這樣做的目的是把閑置不用的堆內(nèi)存歸還給系統(tǒng)，使其可以被系統(tǒng)重新分配。在C+ +程序中由new分配的動(dòng)態(tài)內(nèi)存空間必須通過(guò)delete運(yùn)算符釋放。使用delete對(duì)動(dòng)態(tài)分配的單個(gè)變量進(jìn)行釋放的語(yǔ)法格式為：

　　delete<指針>;

　　其中，<指針>表示指向單個(gè)變量的指針。

　　使用delete對(duì)動(dòng)態(tài)分配的數(shù)組進(jìn)行釋放的語(yǔ)法格式為：

　　delete[]<指針>;

　　其中，<指針>表示指向數(shù)組首元素的指針。delete之后的方括號(hào)指明將要釋放的內(nèi)存空間中存儲(chǔ)著數(shù)組元素。程序中需要分配動(dòng)態(tài)內(nèi)存空間，則new和delete總是成對(duì)出現(xiàn)的。