@@ -114,12 +114,107 @@ \subsection*{指针参数传递}
114114}
115115int main() {
116116 int a {3}, b {4}; //定义a=3,b=4
117- exchange(3, 4 ); //交换a和b的值，预期是a变成4，b变成3
118- cout << a << ' ' << b; //输出a和b的值，检验一下
117+ exchange(a, b ); //交换a和b的值，预期是a变成4，b变成3
118+ cout << a << ' ' << b; //输出a和b的值，检验一下结果
119119 return 0;
120120}
121121\end {lstlisting }
122122这个程序的运行结果是\\ \noindent\rule {\linewidth }{0.2pt}\texttt {
1231233 4
124124\\ \noindent\rule {\linewidth }{0.2pt}
125- 这个代码的逻辑看上去很正确，但是为什么它完全不起作用呢？\par
125+ 这个代码的逻辑看上去很正确，但是为什么它完全不起作用呢？\par
126+ 回想一下我们之前讲过的内容。每次程序调用一个函数的时候，都会在栈区压入一层堆栈帧。这个堆栈帧中就含有在本次调用过程中创建的变量，如图5.5所示，这时调用栈中发生修改的是 \lstinline @exchange @ 对应内存空间中的 \lstinline @a @ 和 \lstinline @b @，而不是 \lstinline @main @ 函数中的 \lstinline @a @ 和 \lstinline @b @。这两对变量虽然同名，但它们对应的是内存空间中完全不同的区域。\par
127+ \begin {figure }[htbp]
128+ \centering
129+ \includegraphics [width=0.9\textwidth ]{../images/generalized_parts/05_parameter_pass_by_value_300.png}
130+ \caption {在调用 \lstinline @exchange @ 函数时，调用栈中发生的变化}
131+ \end {figure }
132+ 所以在函数参数传递的过程中，程序并没有把`` 整个变量'' `` 值'' \textbf {副本（Copy） }。\par
133+ \begin {figure }[htbp]
134+ \centering
135+ \includegraphics [width=0.75\textwidth ]{../images/generalized_parts/05_process_of_pass_by_reference_300.png}
136+ \caption {\lstinline @main @ 向 \lstinline @exchange @ 中传入的信息只有值}
137+ \end {figure }
138+ 我们会发现，不同函数之间只能共享值，这种现象好像一种屏障——在某些时候，它显得十分安全，我们不会在一个函数中乱改其它函数中的信息；但在另一些时候，它显得非常不灵活，如果我们用别的函数只能读取而不能修改此函数中的值，函数的功能就会受到很大限制——比如我们试图写一个值交换函数而不能。\par
139+ 所以我们需要找到一种方法，使我们可以跨过函数作用域的屏障，来修改特定的变量值。我们的答案是使用\textbf {指针传递（Passing by pointer） }。\par
140+ 回顾一下前文中讲过的三个基本要点：
141+ \begin {enumerate }
142+ \item \textbf {地址是一个值 }。我们可以把它当作和整数值、浮点值、字符值和布尔值等并列的事物来看待。
143+ \item \textbf {只要知道了某个变量的地址，我们就有可能修改内存中相应区域的内容 }。我们可以通过取内容运算符来读取或修改其中的内容，效果等同于使用相应的变量名。
144+ \item \textbf {指针是一大类数据类型，它们存储的信息是地址值 }。如果一个指针存储了某个变量的值，我们可以说`` 这个指针指向那个变量''
145+ \end {enumerate }\par
146+ 搞清了以上三点之后，我们就不难想到另一种可能性——如果我们把 \lstinline @a @ 和 \lstinline @b @ 的地址作为参数传给 \lstinline @exchange @ 呢？\par
147+ 地址是一个值，因此它可以作为实参来传递，没有问题。\par
148+ 只要 \lstinline @exchange @ 函数知道了 \lstinline @a @ 和 \lstinline @b @ 的地址，那么它自然具备了修改 \lstinline @a @ 和 \lstinline @b @ 的内容的能力。也没问题。\par
149+ 那么 \lstinline @exchange @ 函数要用什么形参来接收地址值呢？当然是用指针，因为只有指针才能存储地址值。\par
150+ 于是一切顺理成章，我们的解决方案就给出来了。现在我们就来试着来改一下 \lstinline @exchange @ 函数：
151+ \ begin{lstlisting}
152+ void exchange(int *pa, int *pb) { //它接收两个int*参数
153+ int tmp = *pa; //定义一个临时变量tmp，用于存储*pa的值
154+ *pa = *pb; //赋值，现在*pa获得了*pb的值
155+ *pb = tmp; //赋值，现在*pb获得了tmp的值，也就是*pa原来的值
156+ }
157+ int main() {
158+ int a {3}, b {4}; //定义a=3,b=4
159+ exchange(&a, &b); //向exchange函数传递&a和&b的值，也就是地址
160+ cout << a << ' ' << b; //输出a和b的值，检验一下结果
161+ return 0;
162+ }
163+ \end {lstlisting }
164+ 最后的运行结果果然不出我们所料，正是\\ \noindent\rule {\linewidth }{0.2pt}\texttt {
165+ 4 3
166+ \\ \noindent\rule {\linewidth }{0.2pt}
167+ 所以这种函数参数指针传递的方式要比我们之前见过的\textbf {值传递（Passing by value） }更有效。但是话又说回来，并不是任何时候用指针传递都比用值传递要更好的。初学者可能很难搞清楚`` 什么时候要用什么'' \par
168+ 还请读者留意：虽然我们人为地划分出了`` 值传递'' `` 指针传递'' `` 指针值'' \par
169+ \subsection* {野指针问题 }
170+ 说完了指针在函数传递中的应用，读者应当对指针的强大有了初步认识。指针为我们编写程序带来了极大的灵活性，但其中也潜藏着一些风险。所以现在就让我们返回到一些细节的讨论上来。\par
171+ 我曾说过，如果定义一个局部变量而不初始化的话，它将会存储一个不确定的值。使用这种不确定的值可能会导致程序运行的结果不可预测，所以我们需要在使用它之前通过初始化、赋值或输入等等各种方法让它成为一个可控的变量。\par
172+ 指针亦如此。如果我们不进行初始化或赋值，让它指向一个安全的位置，那么它可能会指向内存中的任何一个字节，我们把这种指向不确定的指针叫作\textbf {野指针（Wild pointer） }。野指针是很可怕的，一旦我们试图读取或修改对应未知空间中的信息，我们可能会把这个程序乃至其它进程改爆，从而导致严重的后果\footnote {对于个人电脑来说，这种后果可能很轻微——大不了我们重启电脑，这时内存中的一切又焕然一新了。但对于服务器等需要长期运转且不能轻易停工的设备来说，损失可能非常大。}。因此，在使用指针之前，我们也要进行初始化或者赋值\footnote {我们不能通过`` 输入地址'' \par
173+ 我们可以用同类型变量\footnote {实际上，指针也是一种变量。但是人们习惯上把`` 指针'' `` 变量'' \lstinline @float @ 型变量的地址来为 \lstinline @double* @ 型指针赋值。\par
174+ \ begin{lstlisting}
175+ float f; //定义float变量f
176+ double *pd; //定义double*指针pd
177+ pd = &f; //试图将f的地址赋值给pd
178+ //error: cannot convert 'float*' to 'double*' in assignment
179+ \end {lstlisting }
180+ 这个报错信息的意思是：在赋值时，\lstinline @float* @ 类型（即 \lstinline @&f @）不能隐式类型转换为 \lstinline @double* @ 类型（即 \lstinline @pd @）。这说明指针类型之间不能随便进行隐式类型转换。\par
181+ 如果我们定义了一个指针，但暂时还不想让它指向哪个变量，而又害怕空置会产生野指针，那么我们还有一个选择：\lstinline @nullptr @。
182+ \ begin{lstlisting}
183+ long long *pll = {nullptr}; //定义long long*型指针并指向空地址nullptr
184+ \end {lstlisting }
185+ 空地址（\lstinline @nullptr @）不是一个运算符，它是一个常量地址。\lstinline @nullptr @ 的类型比较特殊，它是 \lstinline @nullptr_t @ 类型的，我们知道这个也没什么用。但这个类型的特点在于，它可以隐式类型转换为任何一个指针\footnote {乃至高阶指针，见后面的章节。}类型。因此，\lstinline @nullptr @ 可以为各种指针进行初始化。\par
186+ \lstinline @nullptr @ 是受保护的。我们对它的内容进行的读取和修改都没有任何意义，也不会造成任何风险。所以当我们不需要这个指针指向什么时，最好让它指向空地址 \lstinline @nullptr @。我们在动态内存分配章节中就会讲到它的一种应用，那就是在动态内存回收之后，为防野指针出现，就让这个指针指向空地址。\par
187+ \subsection* {指针的运算 }
188+ 接下来讲解一下指针的运算。虽然指针的值很像整型数据，但是它的加减法规则与整型数据截然不同。\par
189+ 两个指针的加法是没有意义的，因为我们根本不能确定加完了之后得到的地址是指向什么的（这不就是野指针吗）。\par
190+ 而指针与整型的加/减法是有意义的，尤其是在数组当中。一个指针与整数相加/减，它的返回值是和原来指针相同的类型（比如说，\lstinline @int* @ 与 \lstinline @short @ 相加/减，返回值为 \lstinline @int* @）。\par
191+ \ begin{lstlisting}
192+ float f, *pf {&f}; //这里不需要初始化f，因为只需用到其地址，而不需要其值
193+ cout << pf << endl << pf - 1 << endl; //输出pf和pf+1的值，它们都是地址值
194+ long double ld; //同理，只是改成了long double型
195+ cout << &ld << endl << &ld + 1; //直接输出&ld，效果相同
196+ \end {lstlisting }
197+ 运行结果是这样的\footnote {再次提醒读者，实际输出的内存地址因机而异，我们应当关注的是几个输出地址之间的相互关系。}：\\ \noindent\rule {\linewidth }{0.2pt}\texttt {
198+ 0x7ffc4bf3837c\\
199+ 0x7ffc4bf38378\\
200+ 0x7ffc4bf38380\\
201+ 0x7ffc4bf38390
202+ \\ \noindent\rule {\linewidth }{0.2pt}
203+ 输出内容是很长的十六进制形式，我们来分析下。\par
204+ 首先输出的两个是 \lstinline @pf @ 和 \lstinline @pf-1 @ 的值。从数值上看，前者是 \lstinline @...37c @，而后者是 \lstinline @...378 @，后者虽然是 \lstinline @pf-1 @，但地址却减小了4个字节。\par
205+ 接下来输出的两个是 \lstinline @&ld @ 和 \lstinline @&ld+1 @ 的值。从数值上看，前者是 \lstinline @...380 @，而后者是 \lstinline @...390 @，后者虽然是 \lstinline @&ld+1 @，但地址却增加了16个字节。\par
206+ 之所以会出现这种情况，关键就在于不同类型数据在内存中占用的字节数目不同。一般说来，\lstinline @float @ 型占据4字节内存空间，而 \lstinline @long double @ 型占据16字节内存空间。\par
207+ 指针和整型的加减法并不是单纯地移动多少个字节，而是移动了多少个数据（可以理解为，偏移量乘以单个数据占用的字节数）。这样设计是有它的道理的，等我们讲到数组，读者就会很容易理解了。\par
208+ 两个同类型指针可以相减，其返回值是一个特殊的类型，叫作 \lstinline @ptrdiff_t @。不过我们也无需纠结这种细节，因为 \lstinline @ptrdiff_t @ 可以隐式类型转换为整型，所以我们可以直接把它当作整型来用，比如输出。
209+ \ begin{lstlisting}
210+ int a, b, c;
211+ cout << &a << endl << &b << endl << &c << endl;
212+ cout << &a - &b << ' ' << &c - &a << endl;
213+ \end {lstlisting }
214+ 运行结果是这样的：\\ \noindent\rule {\linewidth }{0.2pt}\texttt {
215+ 0x7fff604ad654\\
216+ 0x7fff604ad658\\
217+ 0x7fff604ad65c\\
218+ -1 2
219+ \\ \noindent\rule {\linewidth }{0.2pt}
220+ 我们可以看到，这里的 \lstinline @a @, \lstinline @b @, \lstinline @c @ 地址值依次递增4，而 \lstinline @&a-&b @ 得到 \lstinline @-1 @ 而非 \lstinline @-4 @，这说明指针的减法也是在计算数据偏移量，而不是字节数偏移量。\par
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