C++一分钟之-数组与指针基础

在C++编程的世界里，数组与指针是构建复杂数据结构和算法的基石。它们虽然在概念上有所区别，但在底层实现上却有着千丝万缕的联系。本文将带你深入浅出地理解数组与指针的基础，揭示它们之间的微妙关系，同时指出学习过程中常见的误区与易错点，并通过实例代码展示如何避免这些错误。

数组与指针：基础概念

数组

数组是一段连续的内存空间，用于存储相同类型的数据元素。声明一个数组时，需要指定元素类型和数组大小，如int arr[5];声明了一个可以存储5个整数的数组。

指针

指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，即内存位置的直接指向。声明指针时需指定指针类型，如int *ptr;声明了一个指向整型变量的指针。

数组与指针的关系

在C++中，数组名实际上是一个常量指针，指向数组的第一个元素。这意味着，你可以使用指针来访问和操作数组元素。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr = arr; // ptr现在指向arr的第一个元素
cout << *ptr; // 输出1，因为*ptr相当于arr[0]

常见问题与易错点

1. 数组越界

问题描述：尝试访问数组边界之外的元素。 示例：

int arr[7];
cout << arr[7]; // 错误，数组下标应该从0开始到6

避免方法：始终确保索引值在合法范围内，可以通过数组长度减一来计算最后一个元素的索引。

2. 修改数组大小

问题描述：试图在运行时改变数组的大小。 示例：

int arr[5];
// 无法直接更改arr的大小，如arr = new int[10]; 是错误的

避免方法：使用动态分配的内存（如new和delete）或标准库容器（如std::vector）来实现动态大小调整。

3. 指针算术与数组访问

问题描述：不正确地使用指针进行数组访问。 示例：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr = arr;
cout << *(ptr + 6); // 错误，访问了数组之外的内存

避免方法：确保指针偏移量在合法范围内，即不超过数组的大小。

4. 指针释放

问题描述：忘记释放动态分配的内存。 示例：

int *ptr = new int[5];
// 使用ptr...
// 忘记释放内存
// delete[] ptr; 应该在这里释放

避免方法：使用智能指针（如std::unique_ptr、std::shared_ptr）或确保每次new后都有对应的delete。

实践代码示例

下面的代码展示了如何安全地使用指针访问数组，并通过智能指针管理动态内存：

#include <iostream>
#include <memory>

int main() {
    // 静态数组示例
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int *ptr = arr;
    for(int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << ptr[i] << " "; // 安全访问数组元素
    }
    std::cout << std::endl;

    // 动态数组与智能指针示例
    std::unique_ptr<int[]> dynamicArr(new int[5]);
    for(int i = 0; i < 5; ++i) {
        dynamicArr[i] = i + 1;
    }
    for(int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << dynamicArr[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    // 不需要手动释放，智能指针自动管理

    return 0;
}

通过以上内容，我们不仅复习了数组与指针的基础知识，还探讨了在实际编程中可能遇到的问题及解决策略。记住，熟练掌握数组与指针是成为C++高手的关键一步。实践是检验真理的唯一标准，多动手编写代码，逐步加深理解，你将能更灵活、高效地运用这些基本构建块。