［筆記］陣列與指標｜C++

我以為我傳的是陣列，但居然傳的是指標？為什麼我無法回傳陣列？只能回傳指標？所以陣列和指標是什麼關係？指標運算怎麼算？釋放動態記憶體時，指標變數會不會也被釋放？

還是很困惑嗎？文章裡有答案喔～😎

ㄧ、陣列 (Array)

原始碼是一個陣列，但編譯後就變成指標，所以陣列和指標到底有什麼關係？

（一）指標與陣列的關係

  • int a[N]
  • a[i] == *(a+i) // Get value
  • &a[i] == &*(a+i) == a+i // Get address
  • The name of an array is a constant pointer pointing to the first element of the array.
  • a[0] == *(a+0) == *a // Get value
  • &a[0] == &*(a+0) == a // Get address

a其實是一個指向第一元素的常數指標，i為index，N是 one past the end，最後一個元素後一個位置。

  • typeof(a) == int[N]
  • sizeof(a) == N*sizeof(int)

如果想要弄一個index為1開始的陣列，該如何實作？

int a[10]; int *p = a -1; // p[1] == a[0]

建議陣列的大小一開始先定義在一個常數變數上，未來要更動陣列大小時，就會比較方便！！

更多指標與陣列的關係例子，請參考期中考第2和5題。

（二）傳陣列

1. 傳陣列參數

雖然陣列名稱是一個指標變數，但還是有點不一樣：

  1. void func(int b[]){cout << sizeof(b) << endl;} // sizeof(int)*1，b是一個指標 --(1)
  2. int a[10]; cout << sizeof(a) << endl; // sizeof(int)*10，a是一個陣列 -- (2)

例子(1)可以發現，傳陣列給func()中，但引數b的大小是sizeof(int)*1，所以傳陣列給函式時，我們傳的是指標。例子(2)可以發現，直接檢查陣列a的大小，會顯示sizeof(int)*10，因此如果再呼叫func(a);，會顯示sizeof(int)*1。

從例子(1)可知，傳陣列給函數，會以指標的方式傳給函數，因為這樣會比較有效率。在函數存取時，可以使用陣列的[]存取，也可以使用指標的*存取。

void function (int a[]); == void function (int *a); // int a[] == int *a for passing arguments

2. 回傳陣列

那如果要回傳陣列出來呢？此時就不能直接回傳陣列，而是要回傳指標，因為我們傳給函式的陣列，其實是一個指標，而非陣列，因此回傳時也要回傳指標出來。

  • int [] someFunction(int a[]); // 非法，不能回傳陣列
  • int* someFunction(int a[]); // 合法，可以回傳指向陣列的指標，但不要回傳區域變數

另一種回傳陣列的方法是，將陣列包裹在struct / class中。

3. 陣列讀取

陣列的讀取有分by row或是by column，而為什麼C++函式參數列中，陣列的第一維可以不用給數字？

因為不需要第一維的數字，C++知道第二維長度就可以自動判斷出第一維長度。例如一個3x4的a陣列，傳陣列參數時，只要寫a[][4]即可。C++知道這是一個12大小，第二維為4的陣列，自然第一維就是3。

int a[2][5]; a[0][5] == a[1][0];？

complie error，不一定總是會成立，因為可能有些設計是by row或是by column

（三）陣列的指標運算

在陣列中，byte和element要有所區分，因為byte == sizeof(element)，byte會隨著陣列裝的東西有關，但index不會。byte和element的區分，在指標運算中很重要。如果只是單一指標和常數的四則運算，這是記憶體位置的運算，因此和byte有關；而如果是指向同陣列的兩指標做加減，這是兩指標距離的運算，因此和element有關。

更多陣列的指標運算的例子，請參考期中考第3和4題

二、指標 (Pointer)

（一）指標變數

指標為存放記憶體位址的變數型態！指標是位址，位址是整數，但指標不是整數！

  • int i = 10; void *p = &i; // 正確，pointer to void可以接受任何型態
  • int *q = p; // 錯誤，pointer to int無法直接接受pointer to void
  • int *q = (int*)p; //正確，必須使用casting將之轉成pointer to int
  • int*p1, *p2, v1, v2; //盡量不要這樣宣告，容易混淆，p1和p2為int*，而v1, v2為int
  • p2 = p1; // p2和p1所存放的值（位址）一樣，也就是p1和p2指向同一個位址
  • *p1=*p2; //p2指向的物件值，給予p1指向的物件

（二）指標與const

如果參數不必修改，建議多使用const。

  1. 比較不會出錯
  2. 編譯器可以對此優化

__1__ int * __2__ ptr; // 在讀C++的型態時，由後往前讀！！

  1. ____, ____：pointer to int，指標與物件皆可更改。
  2. const, ____：pointer to const int，指標可改，物件不可改，常用於傳遞參數。
  3. ____, const：const pointer to int，指標不可改，物件可改，例如陣列、參考(reference)。
  4. const, const：const pointer to const int，指標與物件皆不可更改。

__1__ int __2__ * __3__ ptr; // __1__ == __2__：兩者位置皆相同

（三）動態記憶體

  1. int *p1 = new int(2); delete p1; p1 = nullptr; // 配置一個整數2給p1
  2. int* p2 = new int[5]; delete[] p2; p2 = nullptr; // 配置一個5個元素的空陣列給p2

剛new出來的東西是沒有名字的，new出來的東西位址要存放在指標中，用這個指標去存取這個新東西。new除了可以配置動態記憶體外，也可以做初始化的動作。

如果new後沒有delete，可能會造成記憶題遺失，所以使用new，就一定要使用delete！然後delete是釋放指標所指向的物件，而非指標本身被釋放！因此被釋放的空指標仍可以重複再指向新的物件。建議釋放記憶體後，要給指標接上nullptr，避免重複釋放記憶體，重複釋放記憶體會造成錯誤。但如果多多使用STL，就不會造成記憶題遺失，因為它會自動幫你配置予釋放記憶體。如：C++ <vector>。

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