C++ 指標入門完全指南：從基礎到動態記憶體管理

什麼是指標？

指標本質上也是變數，但一般變數儲存實際資料，指標儲存資料所在的記憶體位址。它像路標指引程式在記憶體何處找到資料。這是核心概念，許多演算法（如鏈結串列）皆圍繞指標設計。

指標宣告與初始化

宣告指標在變數名前加 *，慣例以 p 開頭命名提高可讀性：

int *pNumberOne;
int *pNumberTwo;

初始化使用 & 取址運算子（讀作「某物的位址」）：

pNumberOne = &some_number;
pNumberTwo = &some_other_number;

此時 pNumberOne 指向 some_number，透過 *pNumberOne 即可存取該值。

基礎範例：透過指標修改變數值

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int nNumber = 15;
    int *pPointer = &nNumber;

    cout << "nNumber = " << nNumber << endl;  // 15

    *pPointer = 25;  // 透過指標修改值

    cout << "nNumber = " << nNumber << endl;  // 25
    return 0;
}

陷阱：指向區域變數的指標

int *pPointer;

void SomeFunction() {
    int nNumber = 25;
    pPointer = &nNumber;  // 危險！
}

int main() {
    SomeFunction();
    cout << *pPointer;  // 未定義行為：nNumber 已銷毀
}

錯誤原因：nNumber 為區域變數，函數結束時自動銷毀，pPointer 成為懸空指標，指向已無效的記憶體區域。

解決方案：動態記憶體配置

動態配置在堆疊 (heap) 分配記憶體，不隨函數結束而釋放，直到手動歸還。

int *pNumber;
pNumber = new int;      // 配置一個 int 空間，pNumber 指向它

double *pDouble;
pDouble = new double;   // 配置 double 空間

修正後的範例

int *pPointer;

void SomeFunction() {
    pPointer = new int;  // 配置記憶體
    *pPointer = 25;
}

int main() {
    SomeFunction();
    cout << *pPointer << endl;  // 正確輸出 25
    delete pPointer;             // 釋放記憶體！
    return 0;
}

重要：配置了記憶體必須釋放

動態配置的記憶體絕不會自動釋放。若不呼叫 delete，會造成記憶體洩漏，累積導致系統資源耗盡甚至崩潰。

delete pPointer;  // 釋放單一物件

陣列動態配置與釋放

int *pArray = new int[6];  // 配置 6 個 int 陣列
// ... 使用 pArray[0] ~ pArray[5] ...
delete[] pArray;           // 必須用 delete[] 釋放陣列！

錯誤示範：delete pArray; (漏掉 []) 僅釋放第一個元素，其餘洩漏。

指標作為函數參數：傳址呼叫

預設傳值呼叫只傳遞副本，函數內修改不影響原變數。傳遞指標可修改原值：

void AddFive(int *Number) {
    *Number = *Number + 5;  // 修改指標指向的值
}

int main() {
    int nMyNumber = 18;
    cout << "Before: " << nMyNumber << endl;  // 18
    AddFive(&nMyNumber);                       // 傳遞位址
    cout << "After: " << nMyNumber << endl;   // 23
}

函數回傳指標宣告：int * MyFunction();

指向類別的指標

類別指標存取成員需用 -> 運算子（而非 .）：

class MyClass {
public:
    int m_Number;
    char m_Character;
};

int main() {
    MyClass *pPointer = new MyClass;
    pPointer->m_Number = 10;
    pPointer->m_Character = 's';
    delete pPointer;
}

指向陣列的指標

方法一：動態配置

int *pArray = new int[6];

方法二：指向現有陣列

int MyArray[6];
int *pArray = &MyArray[0];  // 或簡寫為 pArray = MyArray

注意：&MyArray 型別為「指向 6 個 int 陣列的指標」(int (*)[6])，非 int*，多維陣列易出錯。

指標陣列運算

• pArray++ / pArray + 1：移至下一元素
• pArray - 1：移至上一元素
• pArray[i] 等價於 *(pArray + i)
• 危險：指標運算不檢查邊界，越界存取導致未定義行為甚至崩潰。

常見錯誤與 FAQ

錯誤：刪除未動態配置的指標

void main() {
    int number = 10;
    int *pNumber = &number;
    delete pNumber;  // 嚴重錯誤！number 非 new 配置
}

FAQ

Q: 編譯 new/delete 報錯 symbol undefined？

A: new/delete 為 C++ 關鍵字，檔案副檔名必須為 .cpp，否則編譯器視為 C 程式碼。

Q: new 與 malloc 差異？

A: new 為 C++ 標準運算子，支援建構子/解構子、型別安全；malloc 為 C 函式，不呼叫建構子，C++ 中避免使用。

Q: 可混用 free 和 delete？

A: 嚴禁。free 僅配合 malloc，delete 僅配合 new，混用導致未定義行為。

補充：引用 (Reference) 簡介

引用是變數別名，語法 int &ref = var;。類似指標但自動管理生命週期、無懸空風險、不可重新綁定。適用於函數參數傳遞、運算子多載等場合。

int myFirst = 25, mySecond = 20;
int &myRef = myFirst;
myRef = mySecond;  // 將 myFirst 改為 20，而非讓 myRef 指向 mySecond
cout << myFirst;   // 輸出 20