Modern Effective C++前期知识(一)

---

• 💂 个人主页:风间琉璃
• 🤟 版权: 本文由【风间琉璃】原创、在CSDN首发、需要转载请联系博主
• 💬 如果文章对你有帮助、欢迎关注、点赞、收藏(一键三连)和订阅专栏哦

---

一、深入浅出const

在C++中，const关键字用于定义常量和控制对对象的修改。const具有多个使用场景，可以应用于变量、指针和函数参数，形成不同的含义，能够提高代码的安全性和可读性。根据其应用位置的不同，const可以分为顶层const（top-level const）和底层const（low-level const）。

1.1 顶层const

顶层const指的是对象本身的常量性，表示对象本身是不可变的（即对象本身不可以修改）。

• 对于非指针或非引用类型，该对象的值不能被改变
• 对于指针或引用类型，指针或引用的本身是常量（即指针的地址或引用的绑定是不可变的）
  • 对于指针，顶层const确保指针不能改变指向的地址
  • 对于引用，顶层const确保引用不能重新绑定到其他对象

总之，顶层const表示变量本身是常量，也就是说，这个变量一旦被初始化之后就不能被修改。顶层const一般用于定义常量对象或变量，保护它们不被修改。

const int a = 10;  // a 是顶层const，不可修改
int const b = 20;  // b 也是顶层const，不可修改int x = 10;
int y = 20;
int* const ptr = &x;  // ptr 是顶层const，不能指向其他地址
*ptr = 30;  // 合法，ptr 指向的值可以被修改
ptr = &y;  // 不合法，ptr 是顶层const，不能修改指向

在上面示例中，a和b都是顶层const，它们的值在初始化后不能再被修改。同时，顶层const适用于基本数据类型、指针和类对象等。

如果const变量是一个指针，顶层const表示指针本身是常量，不能指向其他地址，但指针所指向的内容可能是可变的，可以通过ptr修改它所指向的x的值，但不能改变ptr本身的值。

1.2 底层const

底层const涉及的是指针指向的数据不可变性，即指针指向的内容是否可以被修改。底层const描述的是对象的内容而不是指针本身。底层const表示变量所指向的对象是常量，即变量指向的内容不能被修改。底层const通常用于指针、引用或类成员函数。

const int* p = &a;  // p 是底层const，p指向的值不能被修改  int const *p这两个是等价的int x = 10;
const int* p = &x;  // p 是底层const
*p = 20;  // 不合法，不能修改 p 指向的值
p = &y;  // 合法，可以修改 p 的指向

在这个示例中，p是一个指向const int类型的指针，这意味着p指向的内容（即*p）是不可修改的。对于指针，底层const表示指针所指向的内容是常量，不能通过指针去修改这个内容，但指针本身可以指向其他地址。

注意，int const *ptr; 和 const int *ptr; 是等价的，都是底层const。

• int const *ptr;表示ptr是一个指向const int的指针。

• const int *ptr; 表示ptr是一个指向const int的指针。

这两种写法在C++中是完全等价的，都表示指针ptr指向的内容是const int类型，即ptr指向的int值是常量，不能通过ptr修改。

顶层const关注的是对象本身的常量性，而底层const关注的是对象内容的常量性。实际编程中，顶层const和底层const可能会一起出现，这时候变量本身和它指向的内容都不能修改。

const int x = 10;  // x 是顶层const
const int* const p = &x;  // p 是顶层和底层const 

p本身是常量（第二个const是顶层const），p指向的内容也是常量（第一个const是底层const），因此p既不能指向其他地址，也不能修改指向的内容。

这里还有另外一种理解方法：const 右边靠近谁，谁就不可变，靠近就是指向的不可变，靠近变量命，就是该变量不可变。

const int *p; //const 修饰*p, p 是指针，*p 是指针指向的对象，不可变
int const *p; //const 修饰*p, p 是指针，*p 是指针指向的对象，不可变 1和2等价int *const p; //const 修饰 p，p 不可变，p 指向的对象可变
const int *const p; //前一个 const 修饰*p,后一个 const 修饰 p，指针 p 和 p 指向的对象

总结：

• 顶层const：使对象本身的为常量，不能修改该变量的值或指针的地址，可以改变其指向对象内容而改变值。
• 底层const：使指针或引用所指向的对象内容为常量，不能通过该指针或引用修改对象的值，可以改变其指向地址而改变值。

1.3 const

下面介绍一下const常用的场景。

1. 常量变量

   使用const定义的变量在初始化后不能被修改。x的值为10，且在程序的其他地方不能改变x的值。

   const int x = 10;
   

2. const修饰指针

   在C++中，常量指针和指针常量是两个不同的概念，它们的区别在于const修饰的是指针本身(顶层)还是指针指向的内容(底层)，也和顶层const和底层const有关。

   • 顶层const：指针本身是常量，不能改变指向的地址。ptr是一个常量指针，表示ptr指向的地址不能改变，但通过ptr可以修改x的值。即指针常量，一个指针本身是常量，也就是说，指针本身的值（即指向的地址）不能被修改，但指针指向的内容可以被修改。

     int *const ptr = &x;  // *ptr = val; 修改值
     类型* const 指针名;
     

   • 底层const(常量指针)：指针指向的数据是常量，不能通过指针修改数据，但是可以通过修改指针指向地址改变值。也就是常说的常量指针,其指的是一个指向常量的指针，通过这个指针不能修改它所指向的内容。

     const int *ptr = &x;  // ptr = &y; 修改值  
     const 类型* 指针名; 
     类型 const* 指针名;
     

     在这个例子中，ptr是一个指向常量int的指针，表示不能通过ptr修改x的值，但ptr可以指向其他int对象。

   • 同时具有顶层和底层const的指针：ptr既是一个常量指针（顶层const），也指向常量数据（底层const）。ptr不能修改指向的数据，也不能改变指向的地址。即常量指针常量，指针本身和指针指向的内容都不能被修改。

     const int *const ptr = &x;
     

3. 常量引用

   引用的值在初始化后不能改变。ref是一个常量引用，它绑定到x，表示ref不能改变x的值。引用ref并不创建一个新的对象，它只是另一个名字引用x。

   const int &ref = x;
   const int &ref = 20;  // 正确 常量引用可以绑定到临时对象,因为它不会修改这个对象,20是一个int临时对象
   int& ref = 10;        // 错误，非 const 引用不能绑定到临时对象,不能绑定到临时对象 
   

4. 常量成员函数

   在类中，成员函数可以被声明为const，表示该函数不会修改对象的状态。myFunction是一个常量成员函数，它不会修改类的任何成员变量。

   class MyClass {
   public:void myFunction() const; // 声明常量成员函数
   };
   

   常量成员函数的定义需要在成员函数的定义后添加const：

   void MyClass::myFunction() const {// 函数体
   }
   

5. 常量对象

   当创建一个const对象时，不能通过该对象修改其状态。obj是一个const对象，表示obj的所有成员变量都不能被修改，不能通过该对象修改它的成员变量或调用非const成员函数。

   const MyClass obj;
   

1.4 const注意事项

1.4.1 const与拷贝

准则：当执行对象拷贝操作时，常量的顶层const不受什么影响，而底层const必须一致。

顶层const是指变量本身是常量，这意味着在对象拷贝过程中，顶层const不会影响拷贝操作本身，也就是说，无论源对象是否是const，都可以进行拷贝。

const int a = 10;
int b = a;  // 顶层 const 被忽略，a 的值可以赋给 b

a是一个const整型变量，但在赋值给b时，a的顶层const并不影响赋值操作。b得到的是a的值，而不是const属性。

顶层const在拷贝操作中：可以拷贝const对象，或将const对象的值赋给非const对象，但反之不一定成立（即不能将非const对象赋值给const对象）。

底层const是指指针或引用所指向的对象是常量。在对象拷贝时，如果源对象的某个成员是底层const的，那么目标对象对应的成员也必须是底层const，否则拷贝操作会失败。

const int* p1 = nullptr;  // p1 是指向 const int 的指针
int* p2 = p1;  // 错误，不能将 const int* 赋给 int*
const int* p3 = p1; // 与p1 的底层const一致

1.4.2 const与拷贝构造函

当定义一个类时，如果类有成员变量是const或引用类型，必须显式定义拷贝构造函数。否则，编译器生成的默认拷贝构造函数无法正确处理这些成员。同时必须禁止使用赋值操作符，因为const成员在对象初始化之后，const成员不能被重新赋值，可以防止对象被错误地赋值。

class MyClass {
public:const int value;MyClass(int v) : value(v) {}  // 初始化列表中初始化const成员// 必须提供拷贝构造函数MyClass(const MyClass& other) : value(other.value) {}// 禁止赋值操作符MyClass& operator=(const MyClass&) = delete;
};MyClass obj1(10);
MyClass obj2 = obj1;  // 调用拷贝构造函数
obj2 = obj1;          // 错误：赋值操作符被删除

value是一个const成员，必须在初始化时赋值。因此，如果没有显式定义拷贝构造函数，编译器会生成一个默认的拷贝构造函数，但它无法正确拷贝const成员。

注意：拷贝构造函数的参数类型在C++中通常被定义为const ClassNam&。原因如下：

• 避免不必要的拷贝：使用引用传递而不是值传递避免了对象的拷贝，从而提高了效率。引用仅传递对象的地址，而不会引发拷贝构造函数的递归调用。

• 保持原对象的不可变性：使用const确保在拷贝构造函数内部无法修改源对象的状态，从而保护原对象的数据完整性。

• 允许拷贝const对象：只有使用const ClassName&类型，拷贝构造函数才能接受const对象作为参数。否则，如果使用ClassName&，则无法拷贝const对象。

1.5 总结

• 常量变量：声明为const的变量，初始化后不能被修改。
• const修饰指针：分为顶层const（指针本身不可修改）和底层const（指针指向的数据不可修改）。
  • 常量指针（const int* ptr 或 int const* ptr）：本质是指针，指向的内容是常量，不能修改内容，可以修改指针指向的地址。
  • 指针常量（int* const ptr）：指针本身是常量，不能修改指向的地址，但可以修改指针指向的内容。
  • 常量指针常量（const int* const ptr 或 int const* const ptr）：指针和指针指向的内容都是常量，不能修改内容，也不能修改指针指向的地址。
• 常量引用：引用绑定的对象不能被修改。
• 常量成员函数：函数声明后加const，表示不会修改对象的状态。
• 常量对象：对象声明为const，其状态不能被修改。

二、值类型与右值引用

2.1 值类型

在C++中，左值（lvalue）和右值（rvalue）是两个基本的概念，用于描述表达式的值类型及其在内存中的位置。这两个概念对于理解C++的表达式求值、内存管理、资源管理等方面至关重要。

在C++中，表达式是由操作数和操作符组成的组合，可以产生一个值。表达式类型（表达式的值类别）指的是表达式在求值后所代表的对象的类型。

2.1.1 左值(Lvalue)

左值(Lvalue, “locator value”)是表示一个对象的地址的表达式。左值代表内存中的一个位置，它有一个持久的地址，能够在赋值语句的左边出现。其特点如下：

• 可寻址：左值可以取地址（通过 & 操作符）。
• 可修改：左值通常用于修改数据的对象。

int x = 10;        // x 是左值
x = 20;            // 可以对左值进行赋值
int* p = &x;       // 可以取得左值的地址

2.1.2 纯右值(Prvalue)

右值(Prvalue, Pure Rvalue)是表示一个临时的值的表达式，它没有持久的内存地址，通常是计算结果或常量，常常在赋值语句的右边出现。其特点如下：

• 不可寻址：右值通常不能取得地址，无法对纯右值使用取地址操作符&，因为它们没有持久的内存位置。

• 临时性：右值通常是临时的，生命周期较短。

int x = 10;         // 10 是右值
x = 20 + 5;         // 20 + 5 是右值（表达式的结果）
int* p = &20;       // 错误，20 是右值，不能取地址

2.1.3 将亡值(Xvalue)

将亡值是表示即将被销毁的对象的表达式，通常与临时对象有关。将亡值主要与右值引用相关。其特点如下：

• 可取地址：可以使用取地址操作符获取其地址，但对象的生命周期即将结束。

• 与移动语义相关：将亡值用于表示可以被移动的资源。

std::string&& rref = std::move(std::string("Hello"));
//std::move返回的右值引用是一个将亡值，因为它标识的对象即将被销毁或移动。

2.1.4 泛左值(Glvalue)

泛左值是C++11引入的术语，代表左值和将亡值的统称。它包括可取地址的表达式（左值）以及即将被销毁的对象的表达式（将亡值）。其特点如下：

• 涵盖范围广：包括左值和将亡值。
• 与内存位置相关：泛左值表达式通常与具体的内存位置相关联。

理解与区分：

• ++i是左值，而i++是右值

• 解引用表达式*p是左值，取地址表达式&a是纯右值

• a+b、a&&b、a==b都是纯右值

• 字符串字面值是左值，而非字符串的字面量是纯右值

• 函数返回值是右值，返回时会将值会存储在一个临时变量中，在赋值给其它变量

表达式类型总结：

• 左值（Lvalue）：表示一个对象，具有内存地址，可以取地址和赋值。

• 纯右值（Prvalue）：表示一个临时值，没有存储位置，生命周期短。

• 将亡值（Xvalue）：表示即将被销毁的对象，通常与右值引用和移动语义相关。

• 泛左值（Glvalue）：左值和将亡值的统称，表示一个存储位置或即将被销毁的对象。

• 右值（rvalue）：包含将亡值，纯右值。

在C++的表达式中，左值和右值是基本的分类

• 左值：表达式指向一个存储位置，具有持久的内存地址。例如变量名、数组元素、函数返回的引用等。

• 右值：表达式表示一个临时值，没有持久的内存地址。例如字面量、临时对象、表达式的计算结果等。

2.2 左值引用与右值引用

2.2.1 左值引用（Type&）

左值引用是我们在C++中最常见的一种引用形式，用来引用一个左值对象。左值引用可以绑定到任何可以取地址的左值表达式上。其特点如下：

• 左值引用用于指向已有的内存地址，通常用于传递大对象以避免不必要的拷贝。

• 左值引用不能绑定到右值（临时对象）上。

int x = 10;
int& ref = x;  // ref 是左值引用，绑定到左值 x
ref = 20;      // 修改 x

2.2.2 右值引用（Type&&）

右值引用是C++11引入的一种新的引用类型，用来引用右值（通常是临时对象）。右值引用允许我们修改这些临时对象，或将它们的资源“移动”到另一个对象中，从而避免昂贵的复制操作。用于实现移动语义和完美转发。其特点如下：

• 右值引用只能绑定到右值（临时对象）上，不能绑定到左值。
• 右值引用通常用于实现移动语义，它可以有效地“窃取”临时对象的资源。

int&& rref = 10; // 10 是右值，rref 是右值引用

2.2.3 移动语义

移动语义（Move Semantics）是 C++11 引入的一个重要概念，旨在提高大型对象（特别是那些涉及资源管理的对象）的复制效率。移动语义允许资源从一个对象“移动”到另一个对象，而不是进行昂贵的复制操作。这种机制通过右值引用（right-value reference）和**移动构造函数（move constructor）**以及它们使用右值引用参数来表示对象资源的“移动”。来实现，它们使用右值引用参数来表示对象资源的“移动”。

std::string str1 = "Hello";
std::string str2 = std::move(str1);  // 将 str1 的内容移动到 str2 中

当 std::move(str1) 被调用时，str1 中的资源（即它内部管理的字符数组）被“移动”到 str2 中。这意味着 str2 现在拥有了 str1 原有的资源，而 str1 的内部状态则变为未定义（但仍然是有效的字符串对象）, 其状态是有效但不确定的，通常在标准库的实现中，str1 会成为一个空字符串或处于类似空的状态。

下面分析如何实现窃取资源的移动语义:

#include <iostream>
#include <utility>  // For std::moveclass MyClass {
public:int* data;  // 动态分配的资源int size;   // 记录数组大小// 构造函数MyClass(int s) : size(s), data(new int[s]) {std::cout << "Constructor: allocated " << size << " ints." << std::endl;}// 析构函数~MyClass() {delete[] data;  // 释放资源std::cout << "Destructor: released memory." << std::endl;}// 复制构造函数MyClass(const MyClass& other) : size(other.size), data(new int[other.size]) {std::copy(other.data, other.data + other.size, data);  // 复制数据std::cout << "Copy Constructor: copied data." << std::endl;}// 移动构造函数MyClass(MyClass&& other) noexcept : data(other.data), size(other.size) {other.data = nullptr;  // 确保原对象不再拥有资源other.size = 0;std::cout << "Move Constructor: moved data." << std::endl;}// 移动赋值运算符MyClass& operator=(MyClass&& other) noexcept {if (this != &other) {  // 防止自我赋值delete[] data;  // 释放当前对象的资源data = other.data;  // 窃取资源size = other.size;other.data = nullptr;  // 确保原对象不再拥有资源other.size = 0;std::cout << "Move Assignment: moved data." << std::endl;}return *this;}// 禁止复制赋值操作符MyClass& operator=(const MyClass& other) = delete;
};int main() {MyClass obj1(100);               // 调用构造函数MyClass obj2 = std::move(obj1);  // 调用移动构造函数MyClass obj3(200);               // 调用构造函数obj3 = std::move(obj2);          // 调用移动赋值运算符return 0;
}

• 移动构造函数

  • 接受一个右值引用参数 (MyClass&& other)。

  • 将原对象的资源指针直接赋值给新对象（如 data = other.data;）。

  • 将原对象的资源指针置为 nullptr，以防止在原对象析构时释放资源。

• 移动赋值运算符

  • 首先，检查自我赋值（if (this != &other)）。

  • 释放当前对象已有的资源。

  • 从右值对象“窃取”资源（如 data = other.data;）。

  • 将右值对象的资源指针置为 nullptr。

  最后使用 std::move 来触发移动语义，通过 std::move 将一个左值强制转换为右值，以便触发移动构造函数或移动赋值运算符。如果类中没有实现移动构造，std::move之后仍是拷贝。

移动语义的优势

• 避免不必要的资源复制：对于大型资源或复杂对象，这可以显著提高性能。
• 减少临时对象的开销：通过**“窃取”资源而不是复制**，可以减少临时对象的构造和析构开销。

注意左值引用和移动语义都可以减少不必要的复制操作，但它们的用途和场景有所不同：

• 左值引用（Lvalue Reference） 是用来绑定左值（持久存在的对象），通过引用传递对象而不是复制对象，可以避免对象在函数调用或赋值中的不必要复制。例如：

void process(const std::string& str) {// 通过左值引用传递，避免复制std::cout << str << std::endl;
}std::string s = "Hello";
process(s);  // s 被通过左值引用传递，未发生复制

process 函数接受一个 const std::string& 参数，这使得 s 可以被传递给 process 而无需复制，减少了不必要的复制操作。

当我们需要避免复制但仍然保持对象的原始状态不变时，例如传递大对象给函数进行只读操作，使用左值引用是最佳选择。

• 移动语义 的主要作用是在处理临时对象或即将销毁的对象时，避免复制并直接“移动”资源。它适用于那些将右值引用作为参数的函数，目的是将一个即将销毁的对象资源转移到另一个对象中，而不是简单地避免复制。

  当我们需要避免复制，并且可以破坏原对象（源对象后面不使用，因为移动后源对象的状态不能确定）以实现高效资源转移时，移动语义是最佳选择。例如，将一个临时对象的内容转移给另一个对象时，使用右值引用和移动语义更为合适。

总之，左值引用避免了复制但不改变对象的所有权。移动语义避免了复制并转移资源的所有权，适用于对象即将销毁或转移所有权的场景。两者都是减少不必要复制的手段，但移动语义在处理临时对象或需要转移资源时更为有效。

三、数组与指针

3.1 指针数组与数组指针

• 指针数组是一个数组，其中每个元素都是一个指针。声明方式如下：

  int* ptrArray[5];  // 声明一个包含5个指针的数组，每个元素是一个指向int的指针
  

  从运算符优先级判断：[] > () > (解引用操作符)。

  由于 []的优先级高于，ptrArray[5] 先被解析为一个数组，其中 ptrArray 是数组名，[5] 表示这个数组有 5 个元素。由于数组的每个元素的类型为 int*，表示每个元素是一个指向 int 的指针。因此，ptrArray 是一个数组，数组的每个元素是一个 int* 类型的指针。

示例：

int a = 1, b = 2, c = 3;
int* ptrArray[3] = {&a, &b, &c};  // 初始化指针数组，指向不同的整型变量// 访问指针数组中的元素
for (int i = 0; i < 3; ++i) {std::cout << *ptrArray[i] << std::endl;  // 输出1, 2, 3
}

ptrArray 是一个包含 5 个元素的数组，每个元素是一个 int* 类型的指针。每个指针元素可以指向不同的变量或数组的元素。可以用来管理多个独立对象的地址。因此，当需要存储多个不同对象的地址时，可以使用指针数组。

• 数组指针是一个指针，它指向一个数组的起始位置。声明方式如下：

  int (*arrPtr)[5];  // 声明一个指向包含5个int类型元素的数组的指针
  

  从运算符优先级判断：[] > () > (解引用操作符)。

  由于 () 的优先级高于 *，arrPtr先与 () 结合，表示 arrPtr是一个指针。*arrPtr的类型是 int[5]，意味着 arrPtr是一个指向包含 5 个int` 元素的数组的指针。

示例：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int (*arrPtr)[5] = &arr;  // arrPtr 是一个指向数组的指针// 通过数组指针访问数组元素
for (int i = 0; i < 5; ++i) {std::cout << (*arrPtr)[i] << std::endl;  // 输出1, 2, 3, 4, 5
}

arrPtr 是一个指针，指向一个包含 5 个 int 元素的数组。数组指针可以用来访问整个数组，保留数组的完整性（包括大小信息）。通过数组指针可以直接操作整个数组。通常用于多维数组的处理，如下所示：

int matrix[3][4];
int (*matrixPtr)[4] = matrix;  // 指向二维数组中一行的指针

3.2 数组名与指针

3.2.1 数组与指针的区别

在学C语言的时候，大部分老师都会说：”数组名就是指针”。但这种说法是错误的！

数组名本质上是一个常量（固定）指针，它代表数组的起始地址，但它不是一个真正的指针变量，数组名的地址是固定的，无法改变。数组名的类型是一个完整的数组类型，比如 int[5]。指针是一个变量，存储内存地址，可以通过赋值操作指向不同的内存位置。指针的类型是 T*，其中 T 是指针指向的对象的类型，比如 int*。这两者有一定的关联的，数组名在特定上下文中可以“退化”成指针，表示指向数组首元素的地址，但数组名本身并不是一个指针。

#include <iostream>int main() {int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};// 打印数组名和数组首元素的地址std::cout << "arr:         " << arr << std::endl;std::cout << "&arr[0]:     " << &arr[0] << std::endl;// 打印数组的地址std::cout << "&arr:        " << &arr << std::endl;// 尝试改变数组名指向的位置int* ptr = arr;  // 指针可以指向数组的首元素ptr++;           // 改变指针的指向std::cout << "ptr++:       " << ptr << std::endl;// 尝试对数组名进行相同操作// arr++;  // 错误：数组名是常量指针，不能修改其指向// 使用 sizeof 运算符比较数组名和指针的大小std::cout << "sizeof(arr): " << sizeof(arr) << " bytes" << std::endl;std::cout << "sizeof(ptr): " << sizeof(ptr) << " bytes" << std::endl;return 0;
}

数组名 arr 会退化为指向首元素的指针，因此打印 arr 和 &arr[0] 时会显示相同的地址。&arr 返回的是整个数组的地址，其类型是 int (*)[5]，虽然地址值相同，但类型不同。然后指针 ptr 可以通过 ptr++ 来指向下一个元素。然而，尝试对数组名进行类似操作会导致编译错误，因为数组名是常量指针，不允许修改。最后使用sizeof，一个返回整个数组的大小，一个返回指针的大小，通常为 8 字节（在64位系统上），这表明数组名 arr 和指针 ptr 是不同的。

在说一说数组名a和数组地址&a的区别：

**数组名 a **：

• 数组名 a 本质上是数组的首地址的常量表达式。
• 在大多数情况下，数组名 a 会退化为指向数组第一个元素的指针，类型为 T*，其中 T 是数组元素的类型。例如，int a[5] 中，a 退化为类型为 int* 的指针，指向 a[0]。
• 数组名 a 是不可修改的常量，无法通过赋值操作改变它所指向的位置。
• a + i 表示数组中第 i 个元素的地址。

**数组地址 &a **：

• &a 表示整个数组的地址，而不仅仅是第一个元素的地址。

• &a 的类型是 T (*)[N]，其中 T 是数组元素的类型，N 是数组的大小。对于 int a[5];，&a 的类型是 int (*)[5]，表示指向一个包含 5 个 int 元素的数组的指针

• &a 是数组整体的地址，而不是单个元素的地址。

• &a + 1 表示跳过整个数组的内存位置，而不是仅仅跳过一个元素的内存位置。比如在一个 int[5] 数组中，&a + 1 会跳过 5 个 int 的内存空间。

	数组名a	数组地址&a
类型不同	a 的类型是 T*，即指向数组首元素的指针	&a 的类型是 T (*)[N]，即指向整个数组的指针，数组指针
含义不同	a 退化为指向数组首元素的指针，表示数组首元素的地址	&a 表示整个数组的地址，指向的是整个数组的起始位置
内存布局与访问	由于 a 表示首元素的地址，a + 1 指向数组的第二个元素（即 a[1] 的地址）	&a + 1 指向下一个数组块的起始位置。比如 int a[5] 中，&a + 1 指向了下一个 int[5] 数组块的位置。

#include <iostream>int main() {int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};std::cout << "a:      " << a << std::endl;        // 输出数组首元素地址std::cout << "&a:     " << &a << std::endl;     // 输出整个数组的地址std::cout << "a + 1:  " << a + 1 << std::endl;   // 输出第二个元素的地址std::cout << "&a + 1: " << &a + 1 << std::endl; // 输出整个数组之后的位置return 0;
}

输出结果如上图所示，a 和 &a 都指向相同的内存地址，但它们的类型不同。a + 1 移动到数组中的下一个元素地址，而 &a + 1 跳过整个数组，指向下一个数组块的起始地址。

小结：

• a 表示数组首元素的地址：是类型为 T* 的指针，表示数组第一个元素的地址，可以退化为指针并用于指针运算。

• &a 表示整个数组的地址：是类型为 T (*)[N] 的指针，指向整个数组，通常用于指针变量需要指向整个数组的场景。

3.2.3 数组名退化为指针

数组名在大多数表达式中表示一个指向数组首元素的指针，而不是整个数组。这意味着，虽然数组本身是一个对象，但在使用数组名时，编译器会将其解释为指向该数组首元素的地址的指针。

虽然在某些上下文中，数组名会退化为指向其首元素的指针，这种行为使得数组名可以被像指针一样使用，但仍需注意它们之间的差异。

数组退化为指针的常见场景

• 作为函数参数传递

当数组作为函数参数传递时，数组名会自动退化为指向数组首元素的指针。因为C++中无法直接传递整个数组，所以只能传递指向数组的指针。

void printArray(int* arr, int size) {for (int i = 0; i < size; ++i) {std::cout << arr[i] << " ";}
}int main() {int myArray[5] = {1, 2, 3, 4, 5};printArray(myArray, 5);  // 数组名 myArray 退化为指针，指向数组首元素return 0;
}

myArray 作为参数传递给 printArray 函数时，退化为指向 int 的指针，即 int*。

• 在表达式中使用

当数组名出现在某些表达式中时，它也会退化为指针。例如，给指针赋值时，数组名自动退化为指向数组首元素的指针。ptr 将指向 myArray 的首元素，即 ptr = &myArray[0];。退化后的指针可以进行指针运算，比如加减操作。通过这些操作，可以遍历数组的元素。

int myArray[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* ptr = myArray;  // 数组名 myArray 退化为指针
std::cout << *(ptr + 2) << std::endl;  // 输出3，相当于访问myArray[2]

数组不会退化为指针的场景

虽然数组名在很多情况下会退化为指针，但有一些特定场景除外：

• 使用 sizeof 运算符

当使用 sizeof 运算符时，数组名不会退化为指针，而是返回数组的实际字节大小。

int myArray[5];
std::cout << sizeof(myArray) << std::endl;  // 输出数组总大小，通常为20（假设int为4字节）

• 使用 & 运算符

当对数组名使用取地址运算符 & 时，得到的是整个数组的地址，而不是首元素的地址。arrPtr 是一个指向包含5个元素的数组的指针，而不是一个指向 int 的指针。

int myArray[5];
int (*arrPtr)[5] = &myArray;  // 获取数组的地址

• 使用 decltype 运算符

decltype 运算符会获取数组的原始类型，而不会退化为指针。decltype(myArray) 返回的是 int[5] 类型，而不是 int*。

int myArray[5];
decltype(myArray) anotherArray;  // anotherArray 的类型是 int[5]

既然数组名有时会退化为指针，那里有什么优劣呢？

• 数组大小信息丢失：当数组退化为指针时，数组的大小信息将丢失。例如，函数接收的只是指针，不知道数组的具体大小，因此通常需要额外传递数组的大小信息。

• 性能优势：数组退化为指针后，传递给函数时，只需要传递指针（通常是4或8字节），而不是整个数组。这样可以提高效率。

四、函数与指针

4.1 指针函数与函数指针

• 指针函数是返回类型为指针的函数，即函数的返回值是一个指针。声明指针函数时，需要将函数的返回类型定义为指针类型。形式如下：

  返回类型* 函数名(参数类型列表);
  

​ 指针函数常用于返回动态分配的内存地址，或者在函数内部处理指针并返回某个内存地址。

• 函数指针是指向函数的指针，即存储函数地址的变量。通过函数指针，可以调用所指向的函数。声明一个函数指针时，需要指定函数的返回类型和参数类型。函数指针的声明形式如下：

  返回类型 (*指针名)(参数类型列表);
  

  #include <iostream>// 定义一个普通函数
  int add(int a, int b) {return a + b;
  }int main() {// 声明一个指向函数的指针，指向一个返回int并接收两个int参数的函数int (*funcPtr)(int, int);// 将函数指针指向函数addfuncPtr = &add;// 使用函数指针调用函数int result = funcPtr(3, 4);  // 等价于 add(3, 4)std::cout << "Result: " << result << std::endl;return 0;
  }
  

  函数指针常用于实现回调机制。例如，排序函数可以通过函数指针指定自定义的比较方式。

函数指针与指针函数的区别

函数指针：是一个变量，存储的是函数的地址，可以用来调用指向的函数。int (*funcPtr)(int, int);

指针函数：是一种函数，其返回类型是指针，用于返回内存地址或指针。int* getMax(int* a, int* b);

4.2 函数指针别名

在C++中，可以使用typedef或using关键字为函数指针起别名。

• 使用 typedef 为函数指针起别名

  typedef 返回类型 (*别名)(参数类型列表);
  

  #include <iostream>// 使用 typedef 为函数指针类型起别名
  typedef int (*FuncPtr)(int, int);// 定义一个普通函数
  int add(int a, int b) {return a + b;
  }int main() {// 使用别名来声明函数指针FuncPtr ptr = &add;   // int (*funcPtr)(int, int);// 调用通过函数指针调用函数int result = ptr(3, 4);std::cout << "Result: " << result << std::endl;return 0;
  }

  typedef int (*FuncPtr)(int, int); 将函数指针类型 int (*)(int, int) 起了一个别名 FuncPtr。之后就可以直接使用 FuncPtr 来声明函数指针 ptr，并将其指向 add 函数。通过 ptr 来调用 add 函数，得到了结果。

• 使用 using 为函数指针起别名

using 关键字是C++11引入的一种更现代的语法，它可以用来定义类型别名，语法上比 typedef 更清晰和直观。

using 别名 = 返回类型 (*)(参数类型列表);

#include <iostream>// 使用 using 为函数指针类型起别名
using FuncPtr = int (*)(int, int);// 定义一个普通函数
int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {// 使用别名来声明函数指针FuncPtr ptr = &add;// 通过函数指针调用函数int result = ptr(3, 4);std::cout << "Result: " << result << std::endl;return 0;
}

using FuncPtr = int (*)(int, int); 定义了函数指针类型 int (*)(int, int) 的别名 FuncPtr。

typedef 和 using 都可以用来为函数指针起别名，using 是C++11之后的推荐方式，因为它更直观和现代。