C++入门教程之指针的类型和指针的运算

void *

在上一篇教程中，你可能会有疑问，为什么不用统一的指针类型，而用不同类型后面加*作为指针的类型。而实际上，你可以用void *类型的变量来保存所有的内存地址：

#include 

int main(void)
{
    int value = 100;
    void *pointer = &value;
    std::cout << "变量value的地址：" << &value << std::endl;
    std::cout << "指针pointer保存的值：" << pointer << std::endl;
    return 0;
}

所有类型的指针都可以不需要转换直接赋值到void *类型的指针，像这样：

int value = 100;
int *intpointer = &value;
void *pointer = intpointer;

但是当其他类型互转或者void *转换其他类型时，就需要用到类型转换：

int value = 100;
void *pointer = &value;

// 无类型指针转换到其他指针用static_cast转换, 不转换而直接赋值将会编译报错
int *intpointer = static_cast(pointer);

// 其他类型指针互转需要用reinterpret_cast转换, 不转换而直接赋值将会编译报错
long *longpointer = reinterpret_cast(&value);

通过地址修改内存中的数据

我知道你的疑问并没有得到解决：为什么指针有用类型区分。

我们知道，内存是逐个字节划分的，然后为每个字节的内存给一个编号，就是内存地址。以int为例，int一般是4个字节，那么内存地址就是按顺序连续的4个编号，这样为每个字节修改并不方便。为了更加方便地访问内存，只需要指定指针的类型，并且给出内存第1个字节的地址，编译器就会知道你需要修改的是哪些位置的内存。同样，你使用取地址符&获取到int变量的地址，也是这个变量的第1个字节的地址。（第1个字节的地址下面将简称为首地址。）

说了这么多，现在看看怎样通过地址修改内存中的数据。只需要在地址前面加上*，就可以对这个内存中的数据进行操作：

#include 

int main(void)
{
    int value = 100;
    std::cout << *(&value) << std::endl;
    return 0;
}

输出结果：

100

上面代码中，先取出变量value的地址&value，然后在地址前面加上*即*(&value)，这样就可以使用内存中的数据了，其中*(&value)加()是为了让它先取地址。

也可以将内存地址保存到指针里，然后再通过指针操作内存中的数据，如：

#include 

int main(void)
{
    int value = 100;
    int *pointer = &value; // 取出value的首地址赋值给pointer
    *pointer = 1024; // 在地址前加*就可以对地址代表的内存进行操作
    std::cout << value << std::endl; // value的值也随之改变
    return 0;
}

输出结果：

1024

由于编译器知道*(&value)和*pointer表示的这份内存是int类型（有4个字节），所以它会将从首地址开始的4个字节一起处理。所以如果你不指定地址和指针的类型，编译器就不知道你要操作哪几个字节的内存。也就是使用void *的话，编译器就不知道这份内存有几个字节。

const

现在看看const限制指针。

如果想指针初始化保存一个地址之后就不能再保存其他内存地址，可以这样写：

std::string text1 = "小古银的C++教程";
std::string text2 = "C++的小古银教程";
std::string * const pointer = &text1;
// pointer = &text2; // 去掉开头注释将会有编译错误

如果想指针指向的内存中的数据不被改变，可以这样写：

std::string text1 = "小古银的C++教程";
std::string text2 = "C++的小古银教程";
const std::string *pointer = &text1;
pointer = &text2; // 可以改变pointer保存的值
// *pointer = "小古银是死肥宅"; // 去掉开头注释将会有编译错误, 因为编译器知道我不是死肥宅

如果既不想改变指针保存的地址，也不想改变指针指向内存中的数据，可以这样写：

std::string text1 = "小古银的C++教程";
std::string text2 = "C++的小古银教程";
const std::string * const pointer = &text1;
// pointer = &text2; // 去掉开头注释将会有编译错误
// *pointer = "小古银是死肥宅"; // 去掉开头注释将会有编译错误

指针的运算

指针可以进行加减运算。和普通的数值运算不同，先看一个例子就会明白了：

#include 

int main(void)
{
    int value = 100;
    int *pointer = &value;
    std::cout << "pointer保存的地址：" << pointer << std::endl;
    std::cout << "pointer保存的地址加1：" << (pointer + 1) << std::endl;
    return 0;
}

当你看到输出结果的时候，你会发现两个地址的差值是4个字节。因为编译器是根据指针的类型来进行加减运算，也因此void *类型的指针是不能进行加减运算的。当然，你不应该对value的下一个地址表示的内存进行操作，因为你不知道这个内存里到底保存里什么，而且你连这个地址指向的地方有没有内存你也不知道。

以int举例，指针的加减运算可以理解为：指针加1，就是下一个int类型变量的首地址；指针加2，就是下下一个int类型变量的首地址；指针减1，就是上一个int类型变量的首地址；指针减2，就是上上一个int类型变量的首地址；以此类推。

指针的运算只能是加法和减法，而且在加法中指针只能和整数相加；在减法中，指针只能减去一个整数，或者两个指针相减。

特殊地pointer = pointer + n;（其中n是一个整数变量）可以简写成pointer += n;，再特殊点，n是1时，可以再简写成++pointer;或者pointer++;。减法同理，除了两个指针相减。

还有一个特殊的用法：*(pointer + n)可以简写成pointer[n]，这个在后面连续的内存里经常用到。