2.3 指针
2.3.1 指针概念的回顾
指针用于存放一个对象在内存中的地址，通过指针能够间接地操作这个对象。指针的典型用法是建立链接的数据结构，如树（tree）和链表（list），并管理在程序运行过程中动态分配的对象，或者用于函数参数，以便传递数组或大型的类对象。
对于类型T，T*是到T的指针，即一个类型为T*的变量能够保存一个类型为T的对象的地址。例如：
int i=10; //L1 int *p; //L2 p=&i; //L3
语句L2定义了一个整型指针变量，它表示p能够存放一个整型变量的内存地址。L3将变量i的地址存放到指针变量p所代表的内存单元中，如下所示：
有人说，指针代表了两个变量：一个是指针变量本身，另一个是它所指向的变量。对于语句L2，就可以认为它定义了两个变量p和*p，p是一个地址变量，只能存放整型变量在内存中的地址；*p是一个整型变量，只能存放一个整数。
指针是一个复杂的概念，它能够指向（保存）不同类型变量的内存地址。例如：
int *pi; // pi是指向int的指针 int **pc; // pc是指向int指针的指针 int *pA[10]; // pA是指向int的指针数组 int (*f)(int,char); // f是指向具有两个参数的函数的指针 int *f(int) // f是一个函数，返回一个指向int的指针
2.3.2 指针与0和void*
没有任何变量会被分配到地址0，所以0就可以作为一个指针常量，与NULL的含义相同，表明指针当时没有指向任何变量。例如，对于前面的指针定义，以下赋值都是正确的：
pc=0; pA=0; f=0;
指针具有两个属性：地址和长度。地址大小固定，与类型无关；长度则与指针类型相关，这个类型指示编译器怎样解释它所指定内存区域的内容，以及该内存区域应该跨越多少个内存单元。例如，在32位微机上，int、float或double类型的指针都是4字节的地址，但int型的指针会指示编译器存取连续的4字节的内存单元作为一个整数，double型的指针则会指示编译器连续存取8字节的内存单元作为一个双精度浮点数……
因此，指针变量本身存储的仅是一个内存地址，其大小是固定的，而指针类型用于确定如何存取其所指内存区域的数据。鉴于此，C++提供了一种无类型指针void *。两个void*指针可以相互赋值、比较相等与否。
任何类型的指针都是大小相同的地址，而void*指针仅表示与之相关的值是个地址，因此能够接收任何数据类型（除函数指针外）的指针。但是，由于void*无法确定其所指内存数据的类型，因此只有显式地将一个void*转换成某种数据类型的指针之后，才能访问其所指内存区域的数据，其他操作都是不允许的。
【例2-3】 void*指针的应用。
//Eg2-3.cpp
#include<iostream.h>
void main(){
int i=4,*pi=&i;
void* pv;
double d=9,*pd=&d;
pv=&i; //L1：正确
pv=pi; //L2：正确
// cout<<*pv<<endl; //L3：错误
pv=pd; //L4：正确
cout<<*(double*)pv; //L5：正确，输出9
}
因为pv是void*指针，无法确定*pv所指内存区域的大小和类型，无法访问，必须像L5语句那样经过强制类型转换之后才能访问。
void*最重要的用途是作为函数的参数，以便向函数传递一个类型可变的对象。另一种用途就是从函数返回一个无类型的对象，在使用时再将它显式转换成适当的类型。
2.3.3 new和delete
指针常与堆（heap）空间的分配有关。所谓堆，就是一块内存区域，它允许程序在运行时以指针的方式从其中申请一定数量的存储单元（其他存储空间的分配是在编译时完成的），用于程序数据的处理。堆内存也称动态内存。
堆内存的管理由程序员完成。在C语言中，如果需要使用堆内存，程序员可以用函数malloc()从堆中分配指定大小的存储区域，用完之后必须用函数free()将之归还系统。如果用完之后没有用函数free()将它释放，就会造成内存泄漏（也就是自己不用了，其他程序也无法使用）。因此，函数malloc()和free()在C程序中总是成对出现的。例如：
#include<stdlib.h> //malloc()和free()定义于此头文件中
main(){
int *p;
//从堆中分配1个int对象需要的内存，并将之转换为int类型
p=(int*)malloc(sizeof(int));
*p=23;
free(p); //释放堆内存
}
malloc( )的使用比较麻烦，除了要计算需求的内存大小之外，还必须对获得的内存区域进行类型转换才能使用。为此，C++提供了new和delete两个运算符进行堆内存的分配与释放，它们分别与malloc( )和free( )相对应，但使用起来更简单。
（1）new的用法
new的功能类似于malloc，用于从堆内存中分配指定大小的内存区域，并返回获得的内存区域的首地址。
用法1：p=new type; 用法2：p=new type(x); 用法3：p=new type[n];
其中，p是指针变量，type是数据类型。用法1只分配堆内存，用法2将分配到的堆内存初始化为x，用法3分配具有n个元素的数组。new能够根据type自动计算分配的内存大小，不需要用sizeof()计算。如果分配成功，会将得到的堆内存的首地址存放在指针变量p中；如果分配不成功，则返回空指针（0），在程序中可以此作为判断内存分配成功与否的依据。
（2）delete的用法
delete的功能类似于free，用于释放new分配的堆内存，以便它被其他程序使用。
用法1：delete p; 用法2：delete []p;
其中，p是用new分配的堆空间指针变量。用法1用于释放动态分配的单个指针变量，用法2用于释放动态分配的数组存储区域。
【例2-4】 用new和delete分配与释放堆内存。
//Eg2-4.cpp
#include <iostream.h>
int main(){
int *p1,*p2,*p3;
p1=new int; //分配一个能够存放int类型数据的内存区域
p2=new int(10); //分配一个int类型大小的内存区域，并将10存入其中
p3=new int[10]; //分配能够存放10个整数的数组区域
if(!p3){ //程序中常会见到这样的判定
cout<<"allocation failure"<<endl; //分配不成功，就显示错误信息
return 1; //终止程序，并返回错误代码
}
*p1=5;
*p3=1;
p3[1]=2; //访问指向数组的数组元素
p3[2]=3;
cout<<"p1 address: "<<p1<<" value: "<<*p1<<endl;
cout<<"p2 address: "<<p2<<" value: "<<*p2<<endl;
cout<<"p3[0] address: "<<p3<<" value: "<<*p3<<endl;
cout<<"p3[1] address: "<<&p3[1]<<" value: "<<p3[1]<<endl;
delete p1; //释放p1指向的内存
delete p2;
delete p3; //错误，只释放了p3指向数组的第1个元素
delete []p3; //释放p3指向的数组
return 0;
}
delete p3和delete []p3是有区别的，前者只释放了第一个数组元素，即p[0]，而没有释放其他数组元素p[1]～p[9]，会造成内存泄漏；后者则将p3指向的数组区域全部归还系统。
（3）new、delete和malloc、free的区别
在C++程序中，仍然可以使用malloc、free进行动态存储空间的管理，但它们没有用new、delete方便。主要体现在以下几方面。
① new能够自动计算要分配的内存大小，不必用sizeof()计算所要分配的内存字节数，减少了出错的可能性。
② new不需要进行类型转换，能够自动返回正确的指针类型。
③ new可以对分配的内存进行初始化。
④ new和delete可以被重载，程序员可以借此扩展new和delete的功能，建立自定义的存储分配系统。