C++ 与 C 指针

C++与C指针

介绍

在C++和C的交互中，指针是一个核心概念。由于C++是C的超集，它继承了C的指针机制，并在此基础上扩展了更安全的智能指针等功能。理解C++与C指针的交互对于编写兼容性代码、调用C库或优化性能至关重要。本页将详细介绍C++和C指针的基本概念、差异、交互方式以及实际应用。

C指针基础

C语言中的指针是一个变量，其值为另一个变量的内存地址。指针的基本操作包括声明、初始化和解引用。

指针声明与初始化

在C中，指针的声明语法如下：

int *ptr;  // 声明一个指向int的指针

指针可以通过取地址运算符（&）初始化：

int num = 10;
int *ptr = #  // ptr现在指向num的地址

解引用指针

解引用指针（使用*运算符）可以访问或修改指针指向的值：

int value = *ptr;  // value现在等于10
*ptr = 20;         // 修改num的值为20

C++指针扩展

C++保留了C指针的所有功能，同时引入了更安全的替代方案（如引用和智能指针）。然而，在与C代码交互时，原始指针仍然是必要的。

C++中的原始指针

C++的原始指针语法与C完全一致：

int num = 42;
int *ptr = #
std::cout << *ptr;  // 输出42

C++引用与指针的区别

C++引入了引用（&），它是变量的别名，语法更简洁：

int num = 42;
int &ref = num;  // ref是num的引用
ref = 100;      // 修改num的值

引用与指针的区别：

• 引用必须初始化且不能重新绑定。
• 引用没有空值（null），而指针可以为nullptr。

C++与C指针交互

由于C++和C的ABI（应用二进制接口）兼容，它们的指针可以互相传递。以下是常见的交互场景：

在C++中调用C函数

假设有一个C库函数：

// myclib.h
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void modify_int(int *ptr);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

在C++中调用：

#include "myclib.h"

int main() {
    int value = 5;
    modify_int(&value);  // 传递指针给C函数
    return 0;
}

在C中调用C++函数

C++函数可以通过extern "C"导出为C兼容接口：

// mycpplib.h
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void cpp_function(int *ptr);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

实现：

#include "mycpplib.h"
#include <iostream>

void cpp_function(int *ptr) {
    *ptr *= 2;  // 修改指针指向的值
}

在C中调用：

#include "mycpplib.h"

int main() {
    int num = 10;
    cpp_function(&num);  // 调用C++函数
    return 0;
}

指针安全性与常见问题

空指针与野指针

• 空指针：未初始化的指针或显式设置为nullptr（C++11）/NULL。
• 野指针：指向已释放内存的指针。

示例：

int *ptr = nullptr;  // 安全的空指针
int *wild_ptr;       // 未初始化，危险！

内存泄漏

在C++中，动态分配的内存必须手动释放：

int *ptr = new int(10);
delete ptr;  // 必须释放

实际案例：C/C++混合项目

假设有一个项目，C部分处理硬件接口，C++部分实现业务逻辑：

C头文件（硬件接口）

// hardware.h
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void read_sensor(int *value);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

C++业务逻辑

#include "hardware.h"
#include <iostream>

class SensorReader {
public:
    void update() {
        int sensor_value;
        read_sensor(&sensor_value);  // 调用C函数
        std::cout << "Sensor value: " << sensor_value << std::endl;
    }
};

总结

• C++完全兼容C指针，但推荐使用更安全的替代方案（如引用、智能指针）。
• 通过extern "C"可以实现C/C++指针的无缝交互。
• 始终注意指针安全性（空指针、野指针、内存泄漏）。

参见

• C++智能指针
• C++与C互操作性
• 指针与内存管理