陣列、指標與動態記憶體

整套先備頁裡，這一頁最該讀

指標把物件的位置變成可保存、比較與傳遞的值，也讓程式能表達「目前沒有對象」與執行期才建立的物件：

一般變數讓你直接使用值；指標則把值所在的位址也變成可保存、比較與傳遞的資料。這份控制能力伴隨一項責任：使用位址前，必須確認目標仍然存在。

每個變數都住在一個門牌號碼

#include <iostream>
int main() {
    int value = 42;
    int *address = &value;
    std::cout << "值 = " << *address << '\n';
}

變數不是憑空存在的，它佔一塊記憶體。&x 就是問「x 住在哪」，sizeof(x) 是問「它佔幾格」。

x  的值 = 42，位址 = 0x7ffe91aff68c，佔 4 bytes
d  的值 = 3.14，位址 = 0x7ffe91aff690，佔 8 bytes
c  的值 = A，位址 = 0x7ffe91aff68b，佔 1 bytes

int *p = &x;：三個符號，三件事

初學最容易混的是：* 在宣告時和在使用時意思不一樣。

x  = 42
&x = 0x7ffeec7bfa4c
p  = 0x7ffeec7bfa4c   <- p 存的就是 x 的位址
*p = 42   <- 順著位址走進去，看到 x 的值
把 *p 改成 99 之後，x = 99
指標本身也佔空間: sizeof(p) = 8 bytes

參考：另一個名字，不是另一個變數 —— 跟指標分清楚

C++ 還有一個長得像親戚的東西：參考（reference，有些書譯作「參照」）。 int &r = x; 讀作「r 是 x 的參考」—— 它不配置新的記憶體、也不存位址， 它就是 x 的另一個名字。若印出 &r == &x，會看到兩者位址相同；sizeof(r) 也會得到所指型別的大小， 因為 r 根本沒有自己的身體。兩者常被混為一談，但個性完全不同：

nullptr：指向「哪裡都不是」 空目標的標準寫法

nullptr 代表「這個指標目前沒有指向任何物件」。它可表示一項可選關聯目前尚未設定。

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a[i] 其實就是 *(a + i)

陣列本身有陣列型別，不是指標變數。它在許多運算式中會轉換成指向首元素的指標；此時 a[i] 等價於 *(a + i)。sizeof(a) 與 &a 等情況不作這種轉換，因此不能一律把陣列名稱當成位址。

a       = 0x7ffef812b1b0  <- 此處 a 轉換成首元素指標
&a[0]   = 0x7ffef812b1b0  <- 一模一樣

i=0  a[i]=10  *(a+i)=10  位址=0x7ffef812b1b0  距離首位 0 bytes
i=1  a[i]=20  *(a+i)=20  位址=0x7ffef812b1b4  距離首位 4 bytes
i=2  a[i]=30  *(a+i)=30  位址=0x7ffef812b1b8  距離首位 8 bytes

陣列一進函式，就變成一個指標

在 main 裡 sizeof(a) = 20 bytes（5 個 int）
在函式裡 sizeof(arr) = 8 bytes（這是指標的大小）

堆疊與堆積：生命週期完全不同

函式呼叫太深可能耗盡堆疊；new 建立的物件若失去可用指標而未釋放，則會造成堆積上的記憶體洩漏。

new 與 delete 配置與釋放必須配對

堆疊變數位址 = 0x7fff825e572c
堆積變數位址 = 0x6146265982b0
兩者的值都是 42 / 42
arr = 0 1 4 9 16
都還回去了。

指標常見的三類錯誤

共同點：它們都可能通過編譯。這三個名字值得記起來，因為除錯時可以依症狀逐項檢查。

從指標到 Device：以可選設定物件整合本頁語法

Device 保存一個可能尚未建立的 Settings 位址；這個具名關聯同時用到指標成員、nullptr、箭號與所有權約定。以下用最小的 struct／class 語法表示兩種物件：struct 的成員預設公開；class 以 public: 公開建構與存取操作、以 private: 隱藏內部狀態。建構式與類別同名，建立物件時會執行；P8 再完整介紹類別語法。

getSettings() const 括號後的 const 是最小的唯讀承諾：呼叫這個查詢操作時，不會經由它改動 Device 的一般成員；P8 會完整解釋成員函式的 const。

再一題確認觀念

P4 速查表

語法

四條記得住的規則

延伸閱讀

自我檢測：陣列、指標與動態記憶體 隨堂自測 · 7 題

每個選項都有解說：選錯也點開看看為什麼錯。全對之後再往下翻詞彙卡。

int x = 42;
int *p = &x;
*p = 99;
cout << x << " " << *p;

int a[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
cout << a[2] << " " << *(a + 2);

#include <iostream>
using namespace std;
void f(int arr[]) {
    cout << sizeof(arr) << endl;
}

int main() {
    int a[5];
    cout << sizeof(a) << endl;
    f(a);
}

struct Settings { int level; };
struct Device { int id; Settings* settings = nullptr; };
void build() {
    Device* device = new Device{31};
    device->settings = new Settings{17};
}

struct Device { int id; };
void replace(Device*& active, int id) {
    active = new Device{id};
}

關鍵詞彙卡：點卡片翻面

先看正面術語，心中默想定義再翻面對答案；洗牌後再過一輪，直到每張都能不假思索說出來。