C++ 知识点（二）：指针，引用，时间，输入输出，数据结构

C++ 指针

每一个变量都有一个内存位置，每一个内存位置都定义了可使用连字号（&）运算符访问的地址，它表示了在内存中的一个地址。

什么是指针

指针是一个变量，其值为另一个变量的地址，即，内存位置的直接地址。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明。指针变量声明的一般形式为：

type *var-name;

在这里，type 是指针的基类型，它必须是一个有效的 C++ 数据类型，var-name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是，在这个语句中，星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明：

int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
char   *ch     /* 一个字符型的指针 */

所有指针的值的实际数据类型，不管是整型、浮点型、字符型，还是其他的数据类型，都是一样的，都是一个代表内存地址的长的十六进制数。

不同数据类型的指针之间唯一的不同是，指针所指向的变量或常量的数据类型不同。

C++ 中使用指针

使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。

这些是通过使用一元运算符 * 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。

下面的实例涉及到了这些操作：

#include <iostream>

using namespace std;

int main ()
{
int  var = 20;   // 实际变量的声明
int  *ip;        // 指针变量的声明

ip = &var;       // 在指针变量中存储 var 的地址

cout << "Value of var variable: ";
cout << var << endl;

// 输出在指针变量中存储的地址
cout << "Address stored in ip variable: ";
cout << ip << endl;

// 访问指针中地址的值
cout << "Value of *ip variable: ";
cout << *ip << endl;

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of var variable: 20
Address stored in ip variable: 0xbfc601ac
Value of *ip variable: 20

C++ 引用

引用变量是一个别名，也就是说，它是某个已存在变量的另一个名字。一旦把引用初始化为某个变量，就可以使用该引用名称或变量名称来指向变量。

C++ 引用 vs 指针

引用很容易与指针混淆，它们之间有三个主要的不同：

不存在空引用。引用必须连接到一块合法的内存。

一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指向到另一个对象。指针可以在任何时候指向到另一个对象。

引用必须在创建时被初始化。指针可以在任何时间被初始化。

C++ 中创建引用

试想变量名称是变量附属在内存位置中的标签，您可以把引用当成是变量附属在内存位置中的第二个标签。因此，您可以通过原始变量名称或引用来访问变量的内容。例如：

int i = 17;

我们可以为 i 声明引用变量，如下所示：

int&    r = i;

在这些声明中，& 读作引用。因此，第一个声明可以读作 “r 是一个初始化为 i 的整型引用”，第二个声明可以读作 “s 是一个初始化为 d 的 double 型引用”。下面的实例使用了 int 和 double 引用：

#include <iostream>

using namespace std;

int main ()
{
// 声明简单的变量
int    i;
double d;

// 声明引用变量
int&    r = i;
double& s = d;

i = 5;
cout << "Value of i : " << i << endl;
cout << "Value of i reference : " << r  << endl;

d = 11.7;
cout << "Value of d : " << d << endl;
cout << "Value of d reference : " << s  << endl;

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of i : 5
Value of i reference : 5
Value of d : 11.7
Value of d reference : 11.7

C++ 日期 & 时间

C++ 标准库没有提供所谓的日期类型。C++ 继承了 C 语言用于日期和时间操作的结构和函数。

为了使用日期和时间相关的函数和结构，需要在 C++ 程序中引用 头文件。

有四个与时间相关的类型：clock_t、time_t、size_t 和 tm。类型 clock_t、size_t 和 time_t 能够把系统时间和日期表示为某种整数。

结构类型 tm 把日期和时间以 C 结构的形式保存，tm 结构的定义如下：

struct tm {
int tm_sec;   // 秒，正常范围从 0 到 59，但允许至 61
int tm_min;   // 分，范围从 0 到 59
int tm_hour;  // 小时，范围从 0 到 23
int tm_mday;  // 一月中的第几天，范围从 1 到 31
int tm_mon;   // 月，范围从 0 到 11
int tm_year;  // 自 1900 年起的年数
int tm_wday;  // 一周中的第几天，范围从 0 到 6，从星期日算起
int tm_yday;  // 一年中的第几天，范围从 0 到 365，从 1 月 1 日算起
int tm_isdst; // 夏令时
}

下面是 C/C++ 中关于日期和时间的重要函数。

所有这些函数都是 C/C++ 标准库的组成部分，您可以在 C++ 标准库中查看一下各个函数的细节。

C++ 基本的输入输出

C++ 标准库提供了一组丰富的输入/输出功能，我们将在后续的章节进行介绍。本章将讨论 C++ 编程中最基本和最常见的 I/O 操作。

C++ 的 I/O 发生在流中，流是字节序列。如果字节流是从设备（如键盘、磁盘驱动器、网络连接等）流向内存，这叫做输入操作。

如果字节流是从内存流向设备（如显示屏、打印机、磁盘驱动器、网络连接等），这叫做输出操作。

I/O 库头文件

下列的头文件在 C++ 编程中很重要。

标准输出流（cout）

预定义的对象 cout 是 ostream 类的一个实例。cout 对象”连接”到标准输出设备，通常是显示屏。cout 是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>

using namespace std;

int main( )
{
char str[] = "Hello C++";

cout << "Value of str is : " << str << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Value of str is : Hello C++

C++ 编译器根据要输出变量的数据类型，选择合适的流插入运算符来显示值。<< 运算符被重载来输出内置类型（整型、浮点型、double 型、字符串和指针）的数据项。

流插入运算符 << 在一个语句中可以多次使用，如上面实例中所示，endl 用于在行末添加一个换行符。

标准输入流（cin）

预定义的对象 cin 是 istream 类的一个实例。cin 对象附属到标准输入设备，通常是键盘。cin 是与流提取运算符 >> 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>

using namespace std;

int main( )
{
char name[50];

cout << "请输入您的名称： ";
cin >> name;
cout << "您的名称是： " << name << endl;

}

当上面的代码被编译和执行时，它会提示用户输入名称。当用户输入一个值，并按回车键，就会看到下列结果：

请输入您的名称： cplusplus
您的名称是： cplusplus

C++ 编译器根据要输入值的数据类型，选择合适的流提取运算符来提取值，并把它存储在给定的变量中。

流提取运算符 >> 在一个语句中可以多次使用，如果要求输入多个数据，可以使用如下语句：

cin >> name >> age;

这相当于下面两个语句：

cin >> name;
cin >> age;

标准错误流（cerr）

预定义的对象 cerr 是 ostream 类的一个实例。cerr 对象附属到标准错误设备，通常也是显示屏，但是 cerr 对象是非缓冲的，且每个流插入到 cerr 都会立即输出。

cerr 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>

using namespace std;

int main( )
{
char str[] = "Unable to read....";

cerr << "Error message : " << str << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Error message : Unable to read....

标准日志流（clog）

预定义的对象 clog 是 ostream 类的一个实例。

clog 对象附属到标准错误设备，通常也是显示屏，但是 clog 对象是缓冲的。这意味着每个流插入到 clog 都会先存储在缓冲在，直到缓冲填满或者缓冲区刷新时才会输出。

clog 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>

using namespace std;

int main( )
{
char str[] = "Unable to read....";

clog << "Error message : " << str << endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Error message : Unable to read....

通过这些小实例，我们无法区分 cout、cerr 和 clog 的差异，但在编写和执行大型程序时，它们之间的差异就变得非常明显。所以良好的编程实践告诉我们，使用 cerr 流来显示错误消息，而其他的日志消息则使用 clog 流来输出。

C++ 数据结构

C/C++ 数组允许定义可存储相同类型数据项的变量，但是结构是 C++ 中另一种用户自定义的可用的数据类型，它允许您存储不同类型的数据项。

结构用于表示一条记录，假设您想要跟踪图书馆中书本的动态，您可能需要跟踪每本书的下列属性：

Title

Author

Subject

Book ID

定义结构

为了定义结构，您必须使用 struct 语句。struct 语句定义了一个包含多个成员的新的数据类型，struct 语句的格式如下：

struct [structure tag]
{
member definition;
member definition;
...
member definition;
} [one or more structure variables];

structure tag 是可选的，每个 member definition 是标准的变量定义，比如 int i; 或者 float f; 或者其他有效的变量定义。在结构定义的末尾，最后一个分号之前，您可以指定一个或多个结构变量，这是可选的。下面是声明 Book 结构的方式：

struct Books
{
char  title[50];
char  author[50];
char  subject[100];
int   book_id;
}book;

访问结构成员

为了访问结构的成员，我们使用成员访问运算符（.）。成员访问运算符是结构变量名称和我们要访问的结构成员之间的一个句号。您可以使用 struct 关键字来定义结构类型的变量。下面的实例演示了结构的用法：

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;

struct Books
{
char  title[50];
char  author[50];
char  subject[100];
int   book_id;
};

int main( )
{
struct Books Book1;        // 声明 Book1，类型为 Book
struct Books Book2;        // 声明 Book2，类型为 Book

// Book1 详述
strcpy( Book1.title, "Learn C++ Programming");
strcpy( Book1.author, "Chand Miyan");
strcpy( Book1.subject, "C++ Programming");
Book1.book_id = 6495407;

// Book2 详述
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Yakit Singha");
strcpy( Book2.subject, "Telecom");
Book2.book_id = 6495700;

// 输出 Book1 信息
cout << "Book 1 title : " << Book1.title <<endl;
cout << "Book 1 author : " << Book1.author <<endl;
cout << "Book 1 subject : " << Book1.subject <<endl;
cout << "Book 1 id : " << Book1.book_id <<endl;

// 输出 Book2 信息
cout << "Book 2 title : " << Book2.title <<endl;
cout << "Book 2 author : " << Book2.author <<endl;
cout << "Book 2 subject : " << Book2.subject <<endl;
cout << "Book 2 id : " << Book2.book_id <<endl;

return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Book 1 title : Learn C++ Programming
Book 1 author : Chand Miyan
Book 1 subject : C++ Programming
Book 1 id : 6495407
Book 2 title : Telecom Billing
Book 2 author : Yakit Singha
Book 2 subject : Telecom
Book 2 id : 6495700

结构作为函数参数

您可以把结构作为函数参数，传参方式与其他类型的变量或指针类似。您可以使用上面实例中的方式来访问结构变量：

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;
void printBook( struct Books book );

struct Books
{
char  title[50];
char  author[50];
char  subject[100];
int   book_id;
};

int main( )
{
struct Books Book1;        // 声明 Book1，类型为 Book
struct Books Book2;        // 声明 Book2，类型为 Book

// Book1 详述
strcpy( Book1.title, "Learn C++ Programming");
strcpy( Book1.author, "Chand Miyan");
strcpy( Book1.subject, "C++ Programming");
Book1.book_id = 6495407;

// Book2 详述
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Yakit Singha");
strcpy( Book2.subject, "Telecom");
Book2.book_id = 6495700;

// 输出 Book1 信息
printBook( Book1 );

// 输出 Book2 信息
printBook( Book2 );

return 0;
}
void printBook( struct Books book )
{
cout << "Book title : " << book.title <<endl;
cout << "Book author : " << book.author <<endl;
cout << "Book subject : " << book.subject <<endl;
cout << "Book id : " << book.book_id <<endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Book title : Learn C++ Programming
Book author : Chand Miyan
Book subject : C++ Programming
Book id : 6495407
Book title : Telecom Billing
Book author : Yakit Singha
Book subject : Telecom
Book id : 6495700

指向结构的指针

您可以定义指向结构的指针，方式与定义指向其他类型变量的指针相似，如下所示：

struct Books *struct_pointer;

现在，您可以在上述定义的指针变量中存储结构变量的地址。为了查找结构变量的地址，请把 & 运算符放在结构名称的前面，如下所示：

struct_pointer = &Book1;

为了使用指向该结构的指针访问结构的成员，您必须使用 -> 运算符，如下所示：

struct_pointer->title;

让我们使用结构指针来重写上面的实例，这将有助于您理解结构指针的概念：

#include <iostream>
#include <cstring>

using namespace std;
void printBook( struct Books *book );

struct Books
{
char  title[50];
char  author[50];
char  subject[100];
int   book_id;
};

int main( )
{
struct Books Book1;        // 声明 Book1，类型为 Book
struct Books Book2;        // 声明 Book2，类型为 Book */

// Book1 详述
strcpy( Book1.title, "Learn C++ Programming");
strcpy( Book1.author, "Chand Miyan");
strcpy( Book1.subject, "C++ Programming");
Book1.book_id = 6495407;

// Book2 详述
strcpy( Book2.title, "Telecom Billing");
strcpy( Book2.author, "Yakit Singha");
strcpy( Book2.subject, "Telecom");
Book2.book_id = 6495700;

// 通过传 Book1 的地址来输出 Book1 信息
printBook( &Book1 );

// 通过传 Book2 的地址来输出 Book2 信息
printBook( &Book2 );

return 0;
}
// 该函数以结构指针作为参数
void printBook( struct Books *book )
{
cout << "Book title : " << book->title <<endl;
cout << "Book author : " << book->author <<endl;
cout << "Book subject : " << book->subject <<endl;
cout << "Book id : " << book->book_id <<endl;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

Book title : Learn C++ Programming
Book author : Chand Miyan
Book subject : C++ Programming
Book id : 6495407
Book title : Telecom Billing
Book author : Yakit Singha
Book subject : Telecom
Book id : 6495700

typedef 关键字

下面是一种更简单的定义结构的方式，您可以为创建的类型取一个”别名”。例如：

typedef struct
{
char  title[50];
char  author[50];
char  subject[100];
int   book_id;
}Books;

现在，您可以直接使用 Books 来定义 Books 类型的变量，而不需要使用 struct 关键字。下面是实例：

Books Book1, Book2;

您可以使用 typedef 关键字来定义非结构类型，如下所示：

typedef long int *pint32;

pint32 x, y, z;

x, y 和 z 都是指向长整型 long int 的指针。