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社課額外補充教材 : 指標 & 參照

如果你覺得社課還算輕鬆，這裡提供你一些額外的補充教材。
這些是我們在備課的時候覺得稍微進階，或是篇幅太多，而沒有放在正式社課的內容。

這邊有目錄，左邊也有，可以跳到自己想看的地方

建議必看的地方 :
全部

基本概念

指標的基本概念要從變數的資料到底存了什麼開始
當我們呼叫變數後，電腦會從記憶體隨機抓一個空間
而這空間會放着資料，也就是變數的值

而指標不一樣，在宣告空間後，空間放的值不是變數的值
而是一個記憶體位置

宣告方式






int *a;
int* a;
char *b;
char* b;
//當然也可以用其他資料形態宣告

專用的運算子

  • *（又叫做取值運算子）


*a //a是記憶體位置
//這會回傳a位置的值
  • &（又叫做取址運算子）


&b //b是一個資料，通常是變數
//這會回傳他的記憶體位置

爲什麼要先說這個而不是用法？
因爲就連最一般的賦值都要用到這個。

用法

賦值

我們在一開始的時候說過，指標存的是記憶體空間
那如果直接賦值的話呢？

int* a = 10;


出錯啦！

c++為了避免有人亂打，將指標的值和一般的值做了區隔
也就是「int*」，當然，如果是 char 的指標那就是 char*

那到底怎麼用？
指標存的是記憶體位置，所以我們要指定一個位置給他

賦值方法















#include<iostream>

int main(){
    int a = 10; //先創一個變數
    int* pa = &a; //再指定為變數的記憶體位置
    int b = 5;
    int c = 3;
    pa = &b; //也可以這樣，pa將會指向b

    *pa = c; //這就不一樣了
    //這是讓pa指向記憶體的值（b的值）變成c的值
    std::cout << a << ' ' << b << ' ' << ' ' << c << *pa;
    //將會輸出 10 3 3 3
}

發現了嗎？因為指標的值是記憶體位置，
所以可以透過指標更改那個位置的值

上面賦值的解說

  1. 因為指標不能存值，所以要透過變數
int a = 10;
  1. 之後再將指標指向變數




int *p = &a;
//或是這樣
int *p;
p = &a;
  1. 如果不是要重新指向，而是改變裡面的值的話用這個
*p = 15;

請不要出現下面的寫法



int *p;
p = &10;

會出現錯誤，如果沒有錯誤，請還是不要用
如果沒有出現錯誤，那就是你的電腦沒有阻止你存取存放常數的地方
你如果更改了指標的值就可能會永久性更改那常數的值

指標的另一種使用方式

我們知道指標必須仰賴另一個變數才能存值
但其實並非如此，它需要的是一個記憶體位置
也就是說，如果我們能為指標再開一個記憶體位置，我們就不需要變數

先備觀念

記憶體有所謂的堆疊區（stack）和堆積區（heap）

堆疊區是我們一般宣告方式中會使用的
它在程式結束時會自動刪除，不管裡面還有沒有東西
不過，它的空間比堆積區還要小很多
而且變數以非常整齊的方式放置，並不完全是隨機存取

堆積區會從電腦的記憶體中擴充空間，而非堆疊區是固定的大小
所以它能比堆疊區放更多的資料
不過相對的，它也不會自動刪除，需要透過人工刪除的方式
也因為這樣，堆積區的空間經常中間有未使用的地方
使得它不像堆疊區那樣整齊

堆積區的使用

  • 調用空間






int *n = new int; //後面是一個資料形態
//如果要用 char 那就是 new char

int arr[64] = new int[64];

int arrarr[2][3] = new int [2][3];

注意：只能使用指標連接堆積區空間

  • 刪除變數





delete n;
//如果是陣列的話用下面這個
delete[] arr;

delete[][] arrarr;

透過這種方式，就能讓指標擁有能使自己存值的記憶體位置

函數中的使用方式

在這裡簡單說一下函式的概念
在數學有所謂的函數，程式也有
有回傳值的叫做函數，沒有回傳值的叫做函式
數學的函數：




y = f(x) = //後面放對 x 的動作
//例如
y = f(x) = (x+1)*(x+1)

當丟一個 \(x\) 進去後，\(f(x)\)會經過它對 \(x\) 的動作並回傳一個 \(y\)

程式的函數：








回傳值的資料形態 函數名稱(參數1的資料形態 參數1在函數中的名字,參數2的資料形態 參數2在函數中的名字){
//裡面要放幾個參數都可但記得用逗號隔開
    //這裡放動作
    return 回傳值;
    //如果沒有回傳值，也就是回傳的資料形態是void
    //return 後面就不能放任何東西
}

如果以上面的例子來寫















#include<iostream>

int f(int x){
    x = (x+1)*(x+1);
    return x;
}

int main(){
    int x;
    std::cin >> x;
    int y;
    y = f(x);
    std::cout << y;
}

不過不要誤會了，參數在 main 函數的名字不用和他在 \(f(x)\) 中的名字相同
也就是說我可以把上面的 \(f(x)\) 改成這樣：





int f(int input){
    input = (input+1)*(input+1);
    return input;
}

結果會是一樣的

有注意到嗎

不論我在 \(f(x)\) 中對 \(x\) 如何瞎搞，原本的 \(x\) 都不會變















#include<iostream>

int f(int x){
    x = (x+1)*(x+1);
    return x;
}

int main(){
    int x;
    std::cin >> x;
    int y;
    y = f(x);
    std::cout << x;
}

這樣只會輸出你原本輸入的值

這是因為參數在傳遞時有分三種方式，這一種會複製資料過去

call by value

使用方式：









int f(int x){
    x++;
    return x;
}
int main(){
    x = 1;
    f(x);
}

call by value 會複製參數的值到函式中
所以在main函式中的 \(x\) 還是 1

call by address

使用方式：









int f(int *x){
    *x++;
    return *x;
}
int main(){
    x = 1;
    f(&x);
}

call by address 的概念是把變數的記憶體位置複製一份到函式中的指標
使函式中的指標指向原本的變數，並通過該指標更改原本變數的值
所以，main 函式中的 \(x\) 會變成 \(2\)

call by reference

在說使用方式之前，先說說什麼是參照（reference）
參照並沒有記憶體空間，它只是一個變數的別稱
並非像指標一樣還會有個獨立的記憶體空間

但也因此，參照必須在宣告時指定為某一變數
而且無法更改

使用╱賦值方式：






int a = 10;
int &b = a;
//這樣 b 就是 a 的參照了

b++; //a 也會變成 11

讓我們回到 call by reference

使用方式：









int f(int &x){
    x++;
    return x;
}
int main(){
    int x = 1;
    f(x);
}

這樣，在 \(f(x)\) 中的 \(x\) 會被宣告為 main 函式中 \(x\) 的參照
你可能會覺得很奇怪，為什麼名稱可以一樣？
這是因為在 \(f(x)\) 中的 x 在 main() 中不存在，反之亦然
main 函式中的 \(x\) 也會變成 2

指標的概念博大精深，在之後教手刻 STL 的時候也會用到
必定要非常熟悉
而且這樣你就贏過很多學長姐了

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