【C++】指针与引用（学习笔记）

一、左值与右值

左值：编译器为其单独分配了一块存储空间，可以取其地址的，可以放在赋值运算符左边

右值：数据本身。不能取到其自身地址，只能赋值运算右边

左值最常见的情况如西数和数据成员的名字

右值是没有标识符、不可以取地址的表达式，一般也称之为"临时对象"

二、指针

1、指针的概念

1）内存单元内容与地址

内存由很多内存单元组成。这些内存单元用于存放各种类型的数据

计算机对内存的每个内存单元都进行了编号，这个编号就称为内存地址，地址决定了内存单元在内存中的位置。

C++的编译器让我们通过名字（指针变量）来访问这些内存位置

2）指针的定义

指针本身就是一个变量，其符合变量定义的基本形式，它存储的是值的地址

对类型T，T*是“到T的指针”类型。一个类型为T*的变量能保存一个类型T的对象的地址

指针变量是一个专门用来记录变量的地址的变量，通过指针变量可以间接的另一个变量的值

3）间接访问操作

通过一个指针访问它所指向地址的过程称为间接访问或引用指针

这个用于执行间接访问的操作符是单目操作符*

cout << *d << endl;

2、指针数组与数组指针

指针的数组：T* t[]

数组的指针：T(*t)[]

[]优先级比较高

3、const与指针

关于const修饰的部分：

1. 看左侧最近的部分
2. 如果左侧没有，则看右侧

4、二级指针

*操作符具有从右向左的结合性

**这个表达式相当于*(*C)，从内向外逐层求值

int a = 123;
int* b = &a;
int** C= &b;

cout << a << *b << **c << endl;

5、NULL指针

NULL指针：一个特殊的指针变量，表示不指向任何东西

对于一个指针，如果已经知道将被初始化为什么地址，那么请
赋给它这个地址值，否则请把它设置为NULL

在对一个指针进行间接引用前，请先判断这个指针的值为否为NULL

6、野指针

野指针：未初始化和非法的指针

int *a;
*a = 12;	// 指针未初始化

杜绝“野”指针，指向〝垃圾〞内存的指针。if等判断对它们不起作用，因为
没有置NULL

1. 指针变量没有初始化
2. 已经释放不用的指针没有置NULL，如delete和free之后的指针
3. 指针操作超越了变量的作用范围

三、c++内存布局

1、存储区域划分

2、堆heap

利用堆(heap)空间动态分配资源

动态内存具有不确定性，C++让程序员完全接管内存的分配释放

3、动态分配与回收

程序通常需要牵涉到三个内存管理器的操作：

1. 分配一个某个大小的内存块
2. 释放一个之前分配的内存块
3. 垃圾收集操作，寻找不再使用的内存块并予以释放（这个回收策略需要实现性能、实时性、额外开销等各方面的平衡，很难有统一和高效的做法）

C++做了1、2；Java做了1、3

4、RAII

RAII (Resource Acquisition Is Initialization)

C++所特有的资源管理方式。有少量其他语言，如D、Ada 和Rust也采纳了 RAll，但主流的编程语言中，C++是唯一一个依赖 RAII来做资源管理的

RAIl 依托栈和析构函数，来对所有的资源，包括堆内存在内进行管理。对 RAII 的使用，使得 C++不需要类似于 Java 那样的垃圾收集方法，也能有效地对内存进行管理。RAIl 的存在，也是垃圾收集虽然理论上可以在 C++使用，但从来没有真正流行过的主要原因

RAII有些比较成熟的智能指针代表

5、不同变量的对比

1）栈和堆中的变量

	栈(stack)区	堆(heap)区
作用域	函数体内，语句块{}作用域	整个程序范围内，new,malloc开始，delete,free结束
编译期间大小确定	变量大小范围确定	变量大小范围不确定，需要 运行期确定
大小范围	Windows系统默认栈大小是1M，linux常见默认的栈大小是8M或10M (ulimit-s)	所有系统的堆空间上限是接近内存（虚拟内存）的总大小的（一部分被OS占用）
内存分配方式	地址由高到低减少	地址由低到高增加
内容是否可变	可变	可变

2）全局静态存储区和常量存储区的变量

	全局静态存储区	常量存储区
存储内容	全局变量，静态变量	常量
编译期间大小是否确定	确定	确定
内容是否可变	可变	不可变

5、内存泄露

内存泄漏：程序中己动态分配的堆内存由于某种原因程序末释放或无法释放。造成系统内存的浪费，导致程序运行速度减慢甚至系统崩溃等严重后果

五、智能指针

1、auto_ptr

auto_ptr在c++17中移除

特点：由new expression 获得对象，在auto_ptr对象销毁时，他所管理的对象也会自动被 delete掉

所有权转移：不小心把它传递给另外的auto_ptr，原来的指针就不再拥有这个对象了。在拷贝或赋值过程中，会直接剥夺指针对原对象对内存的控制权，转交给新对象，然后再将原对象指针置为nullptr

2、unique_ptr

特点：专属所有权，所以unique_ptr管理的内存，只能被一个对象持有，不支持复制和赋值

移动语义：unique_ ptr禁止了拷贝语义，但提供了移动语义，即可以使用std::move()进行控制所有权的转移

3、shared_ptr

shared_ptr通过一个引用计数共享一个对象。当引用计数为0时，该对象没有被使用，可以进行析构

shared_ptr是为了解决auto_ptr在对象所有权上的局限性，在使用引用计数的机制上提供了可以共享所有权的智能指针（但需要额外的开销）

循环引用：引用计数会带来循环引用的问题

循环引用会导致堆里的内存无法正常回收，造成内存泄漏

4、weak_ptr

weak_ptr 被设计为与shared_ptr共同工作，以一种观察者模式工作

作用是协助 shared_ptr 工作，可获得资源的观测权，像旁观者那样观测资源的使用情况

观察者意味着weak_ptr只对shared_ptr进行引用，而不改变其引用计数。当被观察的shared_ptr失效后，相应的weak_ptr也相应失效

六、引用

1、引用概述

引用：一种特殊的指针，不允许修改的指针

引用的基本使用：可以认为是指定变量的别名，使用时可以认为时变量本身

int x1 = 1,x2 = 3:
int& rx = x1;
rx = 2;
cout << x1 << endl;		//2
cout << rx << endl;		//2
rx = x2;
cout << ×1 << endl;		//3
cout << ry << endl;		//3

2、引用存在的意义

有了指针为什么还需要引用？为了支持函数运算符重载

有了引用为什么还需要指针？为了兼容C语言

3、补充

对内置基础类型（如int,double等）而言，在两数中传递时pass by value 更高效

对面向对象中自定义类型而言，在函数中传递时pass by reference to const更高效