【C++ 筆記】指標（Pointer）（下） - part 13

很感謝你點進來這篇文章。

你好，我並不是什麼 C++、程式語言的專家，所以本文若有些錯誤麻煩請各位鞭大力一點，我極需各位的指正及指導！！本系列文章的性質主要以詼諧的口吻，一派輕鬆的態度自學程式語言，如果你喜歡，麻煩留言說聲文章讚讚吧！

指標與陣列（Pointer vs. Array）

指標與陣列其實是有相關性的，先從定義上來看：

:::success
陣列的定義：
陣列是一組相同型態的元素，這些元素在記憶體中是連續儲存的。陣列的名稱可以視為指向其首項元素的指標。例如，對於一個整數陣列 int arr[5];，arr 實際上是指向 arr 的指標。
:::

:::info
指標的定義：
指標是一種變數，用來儲存其他變數的位址。指標可以指向任何型態的資料，包括陣列。
:::

指標和陣列在很多情況下是可以互換的。例如，一個指向陣列開頭的指標，可以透過使用指標的算術運算或陣列索引來存取陣列。請看下面的程式：

#include <iostream>
 
using namespace std;
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int  var[MAX] = {10, 100, 200};
   int  *ptr;
 
   // 指標中的陣列位址
   ptr = var;
   for (int i = 0; i < MAX; i++)
   {
      cout << "var[" << i << "] 的記憶體位址為 ";
      cout << ptr << endl;
 
      cout << "var[" << i << "] 的值為 ";
      cout << *ptr << endl;
 
      // 移動到下一個位置（索引）
      ptr++;
   }
   return 0;
}

輸出結果：

var[0] 的記憶體位址為 0x61fe08
var[0] 的值為 10
var[1] 的記憶體位址為 0x61fe0c
var[1] 的值為 100
var[2] 的記憶體位址為 0x61fe10
var[2] 的值為 200

來源：https://www.runoob.com/cplusplus/cpp-pointers-vs-arrays.html

以上範例即將指標遞增，具有與 i 相同的功能，能夠遍歷整個陣列。

然而，指標和陣列並不是完全互換的。例如，請看下面的程式：

#include <iostream>
 
using namespace std;
const int MAX = 3;
 
int main ()
{
   int var[MAX] = {10, 100, 200};
 
   for (int i = 0; i < MAX; i++)
   {
      *var = i;    // 這是正確的語法
      var++;       // 這是不正確的
   }
   return 0;
}

把提取（Dereference）運算子 * 應用到 var 是完全可以的，但修改 var 的值是非法的。這是因為 var 是指向陣列開頭的常數，不能作為左值（lvalue）。

:::success
左值（lvalue）和右值（rvalue）：

1	int x = 0;

右值為 0，（專業術語為：literal constant -> 字面常數），而變數 x 為左值。

左值（lvalue）：任何有記憶體位址的變數都是左值，包括不可修改的 const 變數。
右值（rvalue）：非左值即右值，通常也是運算式所產生暫時的值。
:::

由於一個陣列名稱對應一個指標常數，只要不改變陣列的值，仍然可以用指標形式的運算式。例如，下面是一個有效的語句，把 var[2] 賦值為 500：

1	*(var + 2) = 500;

指標型陣列（Array of Pointers）

以下是指標陣列的宣告方式：

1	int *ptr[MAX];

以上是一個指標陣列，長度共有 MAX 個，裡面所有的元素皆指向整數型態。

你可能會很疑惑，為何還需要指標陣列呢？原因是他有以下這五大優點：

靈活的記憶體管理
簡化多維資料結構的處理
提升效能
簡化函數參數傳遞
實現複雜資料結構

以下是一個範例：

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    // 定義一個整數陣列
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};

    // 計算陣列的大小
    int size = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);

    // 定義一個指標陣列，指向整數
    int* pointers[size];

    // 將每個指標指向整數陣列中的元素
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        pointers[i] = &numbers[i];
    }

    // 輸出每個指標所指向的值
    cout << "Values in the array using pointer array:" << endl;
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        cout << "Value at pointers[" << i << "] = " << *pointers[i] << endl;
    }

    return 0;
}

輸出結果：

Values in the array using pointer array:
Value at pointers[0] = 10
Value at pointers[1] = 20
Value at pointers[2] = 30
Value at pointers[3] = 40
Value at pointers[4] = 50

以下是一個指向字元的指針陣列，用以儲存字串列表的範例：

#include <iostream>

using namespace std;

const int MAX = 4;

int main (){
    const char *names[MAX] = {
                   "C++ is best.",
                   "I am handsome!",
                   "Haha welcome to programming world.",
                   "good night.",
    };

   for (int i = 0; i < MAX; i++)
   {
      cout << "Value of names[" << i << "] = ";
      cout << names[i] << endl;
   }
   return 0;
}

輸出結果：

Value of names[0] = C++ is best.
Value of names[1] = I am handsome!
Value of names[2] = Haha welcome to programming world.
Value of names[3] = good night.

雙重指標（Pointer to Pointer / Double Pointer）

我們都知道指標是一個變數，用於儲存另一個變數的記憶體位址。

那麼雙重指標就是一個指標指向另一個指標，那麼所儲存的也就是指標的記憶體位址。

語法是加上兩個星號，如下：

1	int **var;

以下是一個範例：

1
2
3

int value = 100;
int *ptr = &value;       // 單層指標，指向整數值
int **doublePtr = &ptr;  // 雙層指標，指向單層指標

那他有什麼用呢？請看以下三點：

動態記憶體管理：雙重指標常用於動態分配二維陣列或其他複雜資料結構。由於需要管理多個指標，使用雙重指標可以方便地處理記憶體分配和釋放。
函數參數傳遞：當需要在函數中修改指標本身時，雙重指標非常有用。使其可在函數內部改變傳入的指標，指向新的記憶體位址。
處理複雜資料結構：雙重指標也適用於處理更複雜的資料結構，如鏈結串列、二元樹等。在這些結構中，常需要透過多層的 Dereference 來存取或修改節點。

再來練習一題！以下是一個範例：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
    int  var;
    int  *ptr;
    int  **pptr;
 
    var = 3000;
 
    // 獲取 var 的地址
    ptr = &var;
 
    // 使用運算子 & 獲取 ptr 的地址
    pptr = &ptr;
 
    // 使用 pptr 獲取值
    cout << "var 值為 : " << var << endl;
    cout << "*ptr 值為 : " << *ptr << endl;
    cout << "**pptr 值為 : " << **pptr << endl;
 
    return 0;
}

輸出結果：

1
2
3

var 值為 : 3000
*ptr 值為 : 3000
**pptr 值為 : 3000

函數回傳指標

語法：

int * myFunction()
{
.
.
.
}

此函數即表為可以回傳指標的函數。

另外，C++ 不支援函數外回傳局域變數的位址，除非定義局域變數為 static 變數。

以下是一個範例：

#include <iostream>
using namespace std;

// 函數回傳一個指向整數的指標
int* createNumber() {
    static int number = 42;
    return &number;
}

int main() {
    int* numberPtr = createNumber(); // 取得 createNumber() 之回傳值

    // 使用回傳的指標
    cout << "The number is: " << *numberPtr << endl;

    return 0;
}