C++指针项目实战入门教程-原创手记-慕课网

概述

本文详细介绍了C++指针的基础概念和操作，包括声明、赋值、解引用和地址运算符等内容，并通过示例代码加深理解。接着，文章进一步探讨了指针与数组、函数、结构体的关系，并提供了相应的代码示例。最后，通过一个简单的联系人管理项目的实战案例，展示了如何在实际项目中应用C++指针，涵盖了项目需求分析、设计结构、代码实现和测试调试等步骤。此外，文章还总结了常见的指针错误及其解决方法，以帮助读者更好地理解和应用C++指针项目实战。

C++指针基础概念

什么是指针

指针是一种特殊的变量，用于存储内存地址。在C++中，指针可以指向任何类型的数据，包括整数、浮点数、字符、结构体等。通过指针，可以直接访问和修改内存中的数据。

指针的基本操作

指针的基本操作包括声明、赋值、解引用和地址运算符。

声明指针

声明指针时需要指定指针指向的数据类型。例如，声明一个指向整型的指针：

int* ptr;  // 声明一个指向整型的指针

赋值指针

可以将一个变量的地址赋值给指针，也可以将一个已有的指针变量赋值给另一个指针变量。

int num = 10;
int* ptr = &num;  // 将num的地址赋值给ptr
int* ptr2 = ptr;  // 将ptr的值赋值给ptr2

解引用指针

通过解引用操作符*，可以访问指针指向的变量的值。

int num = 10;
int* ptr = &num;
int value = *ptr;  // value现在等于10

地址运算符

使用&运算符可以获得变量的内存地址。

int num = 10;
int* ptr = &num;  // ptr现在存储num的地址

如何声明和使用指针变量

声明指针变量时需要指定指针指向的数据类型。使用指针时，常见的操作包括解引用、指针运算等。

int main() {
    int number = 42;
    int* ptr = &number;  // 声明并初始化指针
    int value = *ptr;  // 使用解引用操作符获取指针指向的值
    ptr++;  // 指针移动到下一个地址，假设int大小为4字节
    std::cout << value << std::endl;  // 输出42
    std::cout << *ptr << std::endl;  // 输出下一个地址处的值，假设该地址处的值为0
    return 0;
}

指针与数组

指针与一维数组的关系

指针和一维数组之间有着密切的关系。一维数组的名称可以被视为指向数组第一个元素的指针。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* ptr = arr;  // ptr指向arr的第一个元素

指针与二维数组的关系

二维数组可以被视为多个一维数组的集合。指针可以用来访问二维数组中的元素。

int mat[3][3] = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};
int (*ptr)[3] = mat;  // ptr指向mat的第一个一维数组
int value = ptr[1][2];  // 访问mat第2行第3列的元素，即6

使用指针遍历数组

可以通过指针遍历数组中的元素。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* ptr = arr;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    std::cout << *ptr << std::endl;  // 输出数组中的每个元素
    ptr++;  // 移动指针到下一个元素
}

指针与函数

函数参数传递指针

在函数参数传递时，可以传递指针来传递地址。

void printValue(int* ptr) {
    std::cout << *ptr << std::endl;
}

int main() {
    int num = 42;
    printValue(&num);  // 传递num的地址
    return 0;
}

函数返回指针

函数可以返回指针，这允许函数返回指向某个特定内存地址的指针。例如，一个查找函数可以返回指向找到的元素的指针。

int* findValue(int arr[], int size, int value) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (arr[i] == value) {
            return &arr[i];  // 返回找到的元素的地址
        }
    }
    return nullptr;  // 如果没有找到，返回nullptr
}

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int* ptr = findValue(arr, 5, 3);
    if (ptr != nullptr) {
        std::cout << *ptr << std::endl;  // 输出3
    }
    return 0;
}

指针作为函数的局部变量

在函数内部声明指针变量可以用来存储局部变量的地址。

void printAddress(int num) {
    int* ptr = &num;  // 声明并初始化指针
    std::cout << "Address of num: " << ptr << std::endl;
    std::cout << "Value at address: " << *ptr << std::endl;
}

int main() {
    int num = 42;
    printAddress(num);  // 传递num到函数
    return 0;
}

指针与结构体

结构体变量的指针

结构体变量的指针可以用来访问结构体中的各个成员。

struct Point {
    int x;
    int y;
};

int main() {
    Point p = {10, 20};
    Point* ptr = &p;  // 声明并初始化指针
    std::cout << ptr->x << std::endl;  // 访问x成员，输出10
    std::cout << ptr->y << std::endl;  // 访问y成员，输出20
    return 0;
}

结构体数组的指针

结构体数组的指针可以用来访问数组中的各个结构体变量。

struct Point {
    int x;
    int y;
};

int main() {
    Point arr[3] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
    Point* ptr = arr;  // ptr指向数组的第一个元素
    std::cout << ptr[1].x << std::endl;  // 输出3
    std::cout << ptr[1].y << std::endl;  // 输出4
    return 0;
}

动态分配结构体

可以使用new运算符动态分配结构体。

struct Point {
    int x;
    int y;
};

int main() {
    Point* ptr = new Point;
    ptr->x = 10;
    ptr->y = 20;
    std::cout << ptr->x << std::endl;  // 输出10
    std::cout << ptr->y << std::endl;  // 输出20
    delete ptr;  // 释放分配的内存
    return 0;
}

C++指针项目实战

项目需求分析

假设我们要实现一个简单的联系人管理程序。该程序需要实现的功能包括：

添加联系人
显示所有联系人
删除联系人
修改联系人信息

设计项目结构

项目结构如下：

Contact.h：定义联系人结构体
Contact.cpp：实现联系人管理的相关函数
main.cpp：主程序入口

编写代码实现

Contact.h

#ifndef CONTACT_H
#define CONTACT_H

#include <string>

struct Contact {
    std::string name;
    std::string phone;
    std::string email;
};

#endif

Contact.cpp

#include "Contact.h"
#include <iostream>
#include <vector>

void addContact(std::vector<Contact>* contacts) {
    Contact newContact;
    std::cout << "Enter name: ";
    std::cin >> newContact.name;
    std::cout << "Enter phone: ";
    std::cin >> newContact.phone;
    std::cout << "Enter email: ";
    std::cin >> newContact.email;
    contacts->push_back(newContact);
}

void displayContacts(const std::vector<Contact>* contacts) {
    for (const auto& contact : *contacts) {
        std::cout << "Name: " << contact.name << ", Phone: " << contact.phone << ", Email: " << contact.email << std::endl;
    }
}

void deleteContact(std::vector<Contact>* contacts) {
    std::string name;
    std::cout << "Enter name to delete: ";
    std::cin >> name;
    for (auto it = contacts->begin(); it != contacts->end(); ++it) {
        if (it->name == name) {
            contacts->erase(it);
            break;
        }
    }
}

void modifyContact(std::vector<Contact>* contacts) {
    std::string name;
    std::cout << "Enter name to modify: ";
    std::cin >> name;
    for (auto& contact : *contacts) {
        if (contact.name == name) {
            std::cout << "Enter new phone: ";
            std::cin >> contact.phone;
            std::cout << "Enter new email: ";
            std::cin >> contact.email;
            break;
        }
    }
}

main.cpp

#include "Contact.h"
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int main() {
    std::vector<Contact> contacts;
    int choice;
    do {
        std::cout << "1. Add Contact\n2. Display Contacts\n3. Delete Contact\n4. Modify Contact\n5. Exit\n";
        std::cout << "Enter your choice: ";
        std::cin >> choice;
        switch (choice) {
            case 1:
                addContact(&contacts);
                break;
            case 2:
                displayContacts(&contacts);
                break;
            case 3:
                deleteContact(&contacts);
                break;
            case 4:
                modifyContact(&contacts);
                break;
            case 5:
                std::cout << "Exiting...\n";
                break;
            default:
                std::cout << "Invalid choice, please try again.\n";
        }
    } while (choice != 5);
    return 0;
}

测试与调试项目

在实现代码后，可以通过输入不同的命令来测试各个功能。例如：

输入1，添加一个联系人。
输入2，显示所有联系人。
输入3，删除一个联系人。
输入4，修改一个联系人的信息。

具体测试代码如下：

int main() {
    std::vector<Contact> contacts;

    addContact(&contacts);
    displayContacts(&contacts);

    deleteContact(&contacts);
    displayContacts(&contacts);

    modifyContact(&contacts);
    displayContacts(&contacts);

    return 0;
}

常见指针错误及解决方法

空指针引用

如果指针变量未初始化或被设置为nullptr，引用该指针将导致未定义行为。

int main() {
    int* ptr = nullptr;
    std::cout << *ptr << std::endl;  // 引用空指针
    return 0;
}

解决方法：确保指针在使用前已经正确初始化。

int main() {
    int* ptr = new int(42);
    std::cout << *ptr << std::endl;  // 输出42
    delete ptr;
    return 0;
}

指针越界访问

如果指针访问超出其分配的内存范围，将导致未定义行为。

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int* ptr = arr;
    std::cout << ptr[5] << std::endl;  // 越界访问
    return 0;
}

解决方法：确保指针访问的内存范围是合法的。

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int* ptr = arr;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        std::cout << ptr[i] << std::endl;  // 正确访问
    }
    return 0;
}

内存泄漏

如果动态分配内存后没有释放，将导致内存泄漏。

int main() {
    int* ptr = new int(42);
    // 忘记释放内存
    return 0;
}

解决方法：确保使用delete释放动态分配的内存。

int main() {
    int* ptr = new int(42);
    std::cout << *ptr << std::endl;  // 输出42
    delete ptr;  // 释放内存
    return 0;
}

如何避免这些错误

初始化指针：确保所有指针都在使用前被初始化。
检查指针有效性：在访问指针之前，检查指针是否为nullptr。
确定内存范围：确保指针访问的内存范围是合法的。
释放内存：使用delete或delete[]释放动态分配的内存。

完整的避免错误示例代码如下：

int main() {
    int* ptr = nullptr;
    if (ptr != nullptr) {
        std::cout << *ptr << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Pointer is null." << std::endl;
    }

    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int* ptr = arr;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        std::cout << ptr[i] << std::endl;
    }

    int* safePtr = new int(42);
    std::cout << *safePtr << std::endl;
    delete safePtr;

    return 0;
}

总之，掌握指针的使用和避免常见错误是C++编程中的关键技能。通过实践和经验积累，可以更好地理解和应用指针。