指標和引用

在 C++ 中，指標和引用是允許直接記憶體操作和高效資料傳遞的基本概念。它們對於理解 C++ 如何管理記憶體以及與硬體互動至關重要，並且它們與 JavaScript 的記憶體模型有顯著差異。

指標概念和語法

指標是一個儲存另一個變數記憶體位址的變數。它「指向」記憶體中儲存值的位置。指標功能強大，但需要仔細處理。

宣告和初始化指標

• int* ptr; // 宣告一個指向整數的指標。
• int* ptr = &variable; // 使用 variable 的位址初始化 ptr。

解引用指標

• *ptr // 存取儲存在 ptr 中記憶體位址的值。

引用概念和語法

引用是現有變數的別名（另一個名稱）。一旦引用被初始化為一個變數，它就不能被重新設定以引用另一個變數。引用通常用於透過引用將參數傳遞給函式。

宣告和初始化引用

• int& ref = variable; // 宣告一個引用 ref 並將其綁定到 variable。

指標算術運算

指標算術運算涉及對指標執行算術運算。它主要用於陣列。

• ptr + n：將指標向前移動 n 個元素（而不是 n 個位元組）。
• ptr - n：將指標向後移動 n 個元素。
• ptr1 - ptr2：計算 ptr1 和 ptr2 之間的元素數量。

函式指標

函式指標是指向函式記憶體位址的指標。它允許你間接呼叫函式、將函式作為參數傳遞或將它們儲存在資料結構中。

指標和引用之間的差異

常見指標錯誤

• 懸空指標： 指向已釋放記憶體的指標。
• 野指標： 未初始化且指向任意記憶體位置的指標。
• 空指標解引用： 嘗試解引用 nullptr，導致程式崩潰。
• 記憶體洩漏： 忘記 delete 動態分配的記憶體（模組 2 中已涵蓋）。

與 JavaScript 引用的比較

JavaScript 沒有 C++ 意義上的明確指標或引用。相反，持有物件（包括陣列和函式）的 JavaScript 變數儲存對這些物件的引用。這些引用由 JavaScript 引擎的垃圾回收器管理。

• 無手動記憶體管理： 你不需要在 JavaScript 中 new 或 delete 物件；GC 會處理它。
• 無指標算術運算： 你不能對 JavaScript 引用執行算術運算。
• 引用可以重新賦值： 與 C++ 引用不同，JavaScript 引用可以重新賦值以指向不同的物件。

本質上，JavaScript 的物件引用在某種程度上類似於 C++ 指向物件的指標，但具有自動記憶體管理，並且無法執行指標算術運算或直接記憶體存取。

---

練習題：

1. 解釋 C++ 指標和 C++ 引用之間的核心差異。何時會選擇使用其中一個？
2. 編寫一個 C++ 函式，該函式接受一個整數指標作為參數，將其指向的值增加 5，然後列印新值。示範如何在 main 中呼叫此函式。
3. 什麼是懸空指標，以及如何在 C++ 中避免建立它？

專案構想：

• 使用原始指標在 C++ 中實作一個簡單的動態陣列（類似於 std::vector）。你的實作應包括新增元素、移除元素、調整陣列大小和按索引存取元素的函式。密切注意記憶體分配和釋放，以防止記憶體洩漏和懸空指標。