指针

C++（大多数语言的）内存结构

（1）内存结构图（2）不同的管理区域    （1）名称    （2）作用    （3）管理特点    （4）按照不同的分类划分内存区域进行理解（3）理解内存结构的重要性    （1）加深对语言的理解，提高编程质量    （2）特别是对于带有指针的C和C++语言，有助于理解段错误的产生的原因（3）内存的作用    （1）临时存放（缓存）代码和程序中用到的数据      （2）一定需要内存吗    （3）实际上内存是硬盘的缓存（4）有和没有os区别    （1）如果没有OS，直接使用物理内存            （1）好处            （1）管理直接，不会浪费额外的管理空间，特别是对于单片机类的微控制器，节约空间很重要，传递结构时，使用值传递和地址传递对内存的影响都会特别大。        （2）不好的地方            （1）内存的管理需要需要相应内存管理库（栈/静态区管理）和程序员亲历亲为，很麻烦，要求对程序编译再反汇编后的不同的段有相当理解，如果还需实现malloc的话，还需要安装malloc的库。            （2）很容易造成内存管理不善            （3）很难实现复杂内存管理，没有OS提供的内存管理，很难实现多进程多任务等机制（2）有os的情况        有os的情况下，内存管理的结构并没有发生变化，但是在物理内存上，内核架构了一层模拟的虚拟内存，这个虚拟内存会合理的管理物理内存的使用，当然物理内存的使用效率最大化。我们编写的程序在有操作系统的机器上运行时，栈/堆/静态区等程序的内存管理是基于虚拟内存上实现的。        （1）好处            （1）程序员负担轻，不需要费心内存的管理（合理安排使用）            （2）可以非常容易的实现多进程多任务机制            （3）内存管理本身会消耗很多的内存        （2）虚拟内存管理需要消耗很多用于用于管理物理内存的管理空间，所以只有内存很大的计算机才能运行            操作系统。（5）高级语言提供内存开辟接口    不管语言编写的程序在不在os上运行，高级语言都提供堆空间的空间开辟接口，比如C的malloc和free函数，    C++的malloc和free函数以及new和delete，java的new。    这些高级语言如果是直接运行在裸机上的话，就需要提供相应的函数库或者类库来实现内存的管理，比如对于单片机等微控制器    ，只用C语言开发的程序都是运行在裸机上的，如果你需要使用malloc函数时，就需要移植malloc对应的函数库。    对于c和c++而言，在内存的管理上，使用malloc和new进行开辟空间时，需要手动的释放空间，当然    这样做的话，灵活性就非常的高，而且内存利用率高，但是人为管理代价高，而且风险高，很容易造成内存泄漏。    对于java自带的内存管理机制的语言（还有c#），不管这个语言编写的程序是运行在os上，还是像早期一样运行在裸机上，    完全实现了内存全自动化管理，只需要开空间，释放空间的事情不需要人为管理，语言自己会自己搞定，    代价是这样的自动管理机制浪费管理空间。    像c和c++这种语言成为非托管语言，跨平台靠编译器实现，java和c#这类的称为托管语言，跨平台靠托管平台实现。所谓跨平台，有跨    软件平台和跨硬件平台之分，java的内存实现了完全自动的话管理，这些完全的自动话全部是靠托管平台实现的。（6）内存的访问    （1）读和写    （2）访问权限：程序的内存布局中，不同的管理区域规定了不同的访问权限    （3）内存的访问和和管理一定会涉及地址和指针，但是在不同的语言中，指针暴露的情况不同，C和C++指针暴露给程序员，        java等的指针完全隐藏。       （2）数据存放的两种模式（1）变量：权限，可读可写，内容可以通过反复的赋值而被改变。（2）常量：权限，可读不可写，内容初始化后就不能再变。    （1）常量的实现方式        （1）常量的空间开辟于只读存储器中。        （2）常量开辟在可读可写的内存中，但是软件（OS或者语言管理平台设定了读写权限）。        （3）编译器检查实现，典型的c和C++中的const修饰变量时的实现 （3）初始化和赋值的本质区别    初始化：初始化由编译器在编译完成，程序运行时只是复制到相应内存空间即可    赋值：程序在具体运行的过程中由赋值语句临时决定具体的值，实现内存中数据的动态改变（3）指针（1）指什么？    （1）指针变量    （2）指针常量     当我们说到指针的时候，根据实际语境，我们自己应该清楚指的是指针常量还是指针变量。（2）指针变量/指针常量用来存放什么          不管是常量还是变量，都是用来存放数据的，指针变量和指针常量存放的数据就是内存地址。（3）指针声明（定义），初始化，赋值    （1）定义和声明只是为了学习的需要做的区分，在编译器眼里没有区分,或者全都是声明。    （2）在编译器眼中只有强弱符号的区分，如果给了初始化的声明就是强符号，全局强符号在        程序中只能有一个。没有初始化的声明就是弱符号，弱符号可以有多个。强弱符号的        作用主要是为了实现多个.c或者多个.cpp（编译）链接成为一个可执行文件时，将        同名的弱符号和强符号统一成为一个，使得在a中定义的全局变量可以在其它文件中        也能够被使用。（4）指针使用需要注意的问题    （1）符号& *：各自的作用        （1）&：取地址符        （2）*：标准说法解引用，通俗理解，找到地址指向的空间，找到后读或者写    （2）我们说指针指向某个空间（变量或者函数块内存空间），指得是指针存放的数据（地址）指向了        某个空间。    （3）对于指针来讲，如果不涉及强制转换的情况下，进行初始化或者赋值运算时，要求左值得类型与        右值得类型要相同。    （4）所有普通变量的地址是一级地址，需要使用相同类型的类型的一级指针变量来存储，一级指针变量的        地址是二级地址，需要使用同等类型的指针变量来存储。    （5）一般情况下，3级以上的指针变量不会提高程序效率，反而会降低程序效率。    （6）对于多级指针需要关注p, &p, *p，在使用多级指针是需要注意指针断裂的问题。    （7）为什么需要指针        （1）为了高效率的使用大块内存，比如数组。        （2）利用指针的指向malloc和new开辟的空间，方便的实现内存自由管理，特别是c++中指针            指向new开辟的对象空间。        （3）高效率的使用函数（函数指针），c语言使用函数指针也可以实现以面向对象的思想来开发大型            项目。    （8）一定需要指针吗        只要有存储器，不管是内存还是外存，就一定有指针，只是对于语言来说指针完全可以被封闭起来。        但是对于开发偏向底层的软件来说，指针的是很重要的，高效利用内存。    （9）目前c++面临的尴尬地位        （1）底层程序开发中，有一个很难回避的矛盾            如果程序想要运行效率高的话，就必须使用带有可以操作指针的语言进行开发。            如果用汇编无疑效率是最高的，但是使用带有指针的语言的话，由于语言本身的复杂性            导致构建大型项目比较艰难。            如果我们只考虑开发效率的话，我们就应该选择像java/c#这类的简单易理解的语言，开发            大型项目的效率非常高，复杂的事情都留给了语言的托管平台去做了，但是这类语言的托管            平台是非常耗费管理资源的。        （2）目前的情况            目前计算机的内存非常大，我们不需要考虑内存不够用的情况，我们只需要考虑开发效率问题            ，大多数都会选择没有指针的语言。            如果需要开发非常偏底层的软件系统的话，实际上C语言已经完全能够胜任，不管是开发开发            偏上层的还是开发偏下层的，实际上C++的与语言的复杂度都要比c和java要难，而且很容易            产生内存操作的bug。        （3）未来的it开发的趋势            总之如今C++的应用面越来越窄，主要是由C++本身的难度和复杂度决定的。毕竟市场            只希望以更少的成本和最快效率进行开发，以更少的资源应付维护。除非是一些嵌入式设备的公司            ，考虑到系统能力（java也可以开发界面，但是java管理平台太吃资源，嵌入式设备玩不起），            还会坚持用C++进行项目开发。                未来的趋势应该是以JAVA、(andriod / object-C)、.net、python等开发效率高为主导的            研发市场，所以建议以C++知识为基础，积极向C/java/安卓/ object-C/.net/python方向发展。            如果守在C++上不是非常明智。            更加未来的趋势是，软件的开发会越来越模块化，越来越简单化，甚至简单到傻瓜式的操作，很多操作            很复杂的语言，在未来的地位会越来越弱，至于会不会被淘汰，就无从得知了。        （4）因此学习C++，一定要过好c语言这一关。                 （10）与指针相关的强制转换        （1）强类型语言和弱类型语言            站在数据类型的强弱来分，语言分为强类型语言和弱类型语言，语言中的数据类型不是必要的，            完全可以将所有的数据类型弄成以一种类型，典型的看汇编和脚本语言，这两种那个语言中            是没有数据类型，或者说所有的数据都是一个类型。        （2）数据类型好处            让编译器做大量的严格类型检查，可以帮助我们检查大量的人为错误，提高编程效率。                      （4）具体来讲，数据类型有哪些作用呢（基本类型，结构体等聚合类型，类类型等）            （1）程序员编程识别，特别是在利用右值向左值赋值时，类型的识别尤为重要。            （2）给编译器识别的：规定了数据的解析方式                （1）存储格式的识别：int和double的存储格式就不同                （2）存储空间大小的确定，特别是在空间的查找时，永远找到的都是                    变量的第一个字节的空间，至于后续还有多少字节空间也算做是                    变量的空间，就看类型的规定了。        （5）普通变量的强制转换            （1）强制转换时，改变的是中间临时变量，原变量内容不发生改变。            （2）强制转换的目的，数据解析方式的改变            （3）强制转换的改变的是空间的存储结构和数据的大小。                （1）如果小空间向大空间强转，一般来说问题不大                （2）大空间向小空间的强制转换需要特别注意，会导致数据的丢失                （3）需要注意，强制转换可能会导致存储结构的变化。        （3）指针的强制转换            理解了普通变量的强制转换后，指针变量的强制转换就好理解了。            （1）指针变量的强制转换修改的是指针所指向空间的解释方式。        （4）指针的强制转换对于C++的意义            在c++中，需要实现多态时，有一个必不可少的步骤就是指向子类的指针需要向上转型为            一个父类型的指针，这叫做向上转型，在java中一样涉及向上转型，本质上也是指针操作。        （5）指针强制转换符号            （1）reinterpret_cast<>（）：const的指针不能强制转为非const的指针，但是反过来，非const转为const可以                （1）正确的情况                    double b = 100;                        int * const pb1 = (int *)&b;                        const int *pb2 = NULL;                         pb2 = reinterpret_cast<const int *>(pb1);                （2）不正确的情况                    double b = 100;                        const int * const pb1 = (int *)&b;                        int *pb2 = NULL;                        pb2 = reinterpret_cast<int *>(pb1);            （2）c中的符号（）：对（）来说，不存在const的问题，但是会有警告。        （6）隐士强制转换和显示强制转换            （1）c和c++中都允许对普通类型（结构体联合体除外）进行隐式强制转换            （2）c允许对指针进行隐式强制转换，但可能是有警告，c++绝对不允许对指针进行隐式强制转换，必须显式转换        （7）指针类型与普通类型之间的强制转换            除了能在普通变量之间，以及指针之间进行强制转换外，很多时候还会可以在普通变量与指针之间进行转换        （8）void *类型的作用            （1）无类型：表示类型待定            （2）作用：当类型无法统一时，可以使用void *类型，等到临时使用时根据实际情况强转为需要的类型，                起到类型统一的作用。            （3）c中允许对void *类型进行隐式转换，但是c++中不允许（很严格），必须显式转换        （9）c和C++中空指针的不同定义            （1）c中的空指针NULL                #define NULL (void *)0            （2）C++中的空指针0                #define NULL 0                在c++中，使用NULL和0来表示空指针是一样的            （3）空指针的意义                防止野指针        （10）指针可能导致的错误            （1）编译错误和警告            （2）运行时错误                    （1）段错误                    （1）大段错误                    （2）小段错误                    （3）导致错误的原因                              （1）野指针，或者指针被人为的指定为了NULL                （2）导致运行结果不对                    （1）导致错误的原因：野指针        （11）如何才能安全的使用指针            （1）指针定义时，一定要初始化为NULL，防止野指针            （2）每次使用指针之前一定要先判断指针不为NULL            （3）指针使用完成后，如果不在使用其指向的空间时，我们应该将其从新赋值为NULL            （4）指针与数组的关系         （1）数组是指针的典型使用，如果想要深刻理解        （1）一维数组使用时如何使用指针进行访问的        （2）type p*与 type p[]    （2）多维数组与只针对关系               在讲解数组时进行深入讲解            （5）C语言的字符串如何表示的（1）一维数组表示       （2）字符串指针    （1）这种表示方式的存储方式    （2）[]或者*访问字符串内容是应该注意的问题（3）字符串指针数组（6）动态分配内存（1）c方式    malloc free    （1）普通变量    （2）数组空间（2）C++方式    new delete    （1）普通变量    （2）数组空间        int *p = new [4];        delete [] p;（3）注意内存泄漏的问题（7）如果不考虑C++中引用方式的话，函数传参数时，使用指针的原则是什么（1）效率    数组和结构体（2）修改（3）const与指针（8）强制转换总结C风格的强制类型转换(Type Cast)很简单，不管什么类型的转换统统是：　　TYPE b = (TYPE)a　　C++风格的类型转换提供了4种类型转换操作符来应对不同场合的应用。　　const_cast，字面上理解就是去const属性。　　static_cast，命名上理解是静态类型转换。如int转换成char。　　dynamic_cast，命名上理解是动态类型转换。如子类和父类之间的多态类型转换。　　reinterpreter_cast，仅仅重新解释类型，但没有进行二进制的转换。　　4种类型转换的格式，如：　　TYPE B = static_cast(TYPE)(a)　　const_cast　　去掉类型的const或volatile属性。　　struct SA {　　int i;　　};　　const SA ra;　　//ra.i = 10; //直接修改const类型，编译错误　　SA &rb = const_cast<SA&>(ra);　　rb.i = 10;　　static_cast　　类似于C风格的强制转换。无条件转换，静态类型转换。用于：　　1. 基类和子类之间转换：其中子类指针转换成父类指针是安全的;但父类指针转换成子类指针是不安全的。   (基类和子类之间的动态类型转换建议用dynamic_cast)　　2. 基本数据类型转换。enum, struct, int, char, float等。static_cast不能进行无关类型(如非基类和子类)指针之间的转换。　　3. 把空指针转换成目标类型的空指针。　　4. 把任何类型的表达式转换成void类型。　　5. static_cast不能去掉类型的const、volitale属性(用const_cast)。　　　　int n = 6;　　double d = static_cast<double>(n); // 基本类型转换　　int *pn = &n;　　double *d = static_cast<double *>(&n) //无关类型指针转换，编译错误　　void *p = static_cast<void *>(pn); //任意类型转换成void类型　　dynamic_cast　　有条件转换，动态类型转换，运行时类型安全检查(转换失败返回NULL)：　　1. 安全的基类和子类之间转换。　　2. 必须要有虚函数。　　3. 相同基类不同子类之间的交叉转换。但结果是NULL。　　　　class BaseClass {　　public:　　int m_iNum;　　virtual void foo(){};　　//基类必须有虚函数。保持多态特性才能使用dynamic_cast　　};　　class DerivedClass: public BaseClass {　　public:　　char *m_szName[100];　　void bar(){};　　};　　BaseClass* pb = new DerivedClass();　　DerivedClass *pd1 = static_cast<DerivedClass *>(pb);　　//子类->父类，静态类型转换，正确但不推荐　　DerivedClass *pd2 = dynamic_cast<DerivedClass *>(pb);　　//子类->父类，动态类型转换，正确　　BaseClass* pb2 = new BaseClass();　　DerivedClass *pd21 = static_castDerivedClass *>(pb2);　　//父类->子类，静态类型转换，危险！访问子类m_szName成员越界　　DerivedClass *pd22 = dynamic_cast<DerivedClass *>(pb2);　　//父类->子类，动态类型转换，安全的。结果是NULL　　reinterpreter_cast　　仅仅重新解释类型，但没有进行二进制的转换：　　1. 转换的类型必须是一个指针、引用、算术类型、函数指针或者成员指针。　　2. 在比特位级别上进行转换。它可以把一个指针转换成一个整数，也可以把一个整数转换成一个指针(先把一个指针转换成一个整数，在把该整数转换成原类型的指针，还可以得到原先的指针值)。但不能将非32bit的实例转成指针。　　3. 最普通的用途就是在函数指针类型之间进行转换。　　4. 很难保证移植性。　　　　int doSomething(){return 0;};　　typedef void(*FuncPtr)();　　//FuncPtr is 一个指向函数的指针，该函数没有参数，返回值类型为 void　　FuncPtr funcPtrArray[10];　　//10个FuncPtrs指针的数组 让我们假设你希望（因为某些莫名其妙的原因）把一个指向下面函数的指针存入funcPtrArray数组：　　funcPtrArray[0] = &doSomething;　　// 编译错误！类型不匹配，reinterpret_cast可以让编译器以你的方法去看待它们：funcPtrArray　　funcPtrArray[0] = reinterpret_cast<FuncPtr>(&doSomething);　　//不同函数指针类型之间进行转换　　总 结　　去const属性用const_cast。　　基本类型转换用static_cast。　　多态类之间的类型转换用daynamic_cast。　　不同类型的指针类型转换用reinterpreter_cast。