C++高性能并行编程与优化 - 课件 - 12 从计算机组成原理看 C 语言指针

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摘要

文档深入探讨了C语言指针的特性及其在C++中的优化和封装。主要内容包括指针与数组的关系，C++引用的特性，空指针的处理，以及内存管理中的RAII思想和vector容器的使用。还涉及了内存存储方式中的大端和小端字节序问题，以及如何通过函数参数和std::optional来处理复杂参数的情况。

AI总结

《C++高性能并行编程与优化 - 从计算机组成原理看C语言指针》总结如下：

### 1. **指针与内存管理**
- **指针的本质**：指针是内存地址，指向变量的存储位置。例如，`int* p`指向整型变量的内存地址。
- **数组与指针**：函数参数中`func(int arr[])`或`func(int arr[6])`实际上等价于`func(int* arr)`，即数组名会退化为首地址指针。
- **内存分配**：
- **栈内存**：函数内部的局部变量，函数退出后自动释放。
- **堆内存**：通过`new`分配的内存需手动`free`，函数退出后不会自动释放。
- **建议**：为了避免内存泄漏，可以使用C++的RAII思想，推荐使用`std::vector`等容器自动管理内存。

### 2. **函数参数与指针**
- **std::abs函数**：C++中`std::abs`自动判断参数类型，有多种重载版本，建议使用`std::`命名空间版本。
- **表达式类型的指针**：如`func(int*)`明确指针类型，避免混淆。
- **空指针**：
- C语言指针可以为空（NULL），用于表示“不需要返回”或“不指定参数”。
- 现代C++建议使用`nullptr`代替`NULL`或`0`，更安全。
- **C++引用**：无需手动使用`&`和`*`，引用本质是指针，但不能更改指向，也不能为空。

### 3. **数组与字节序**
- **数组在内存中的存储**：数组是紧邻存储的多个元素，通过首地址指针访问。
- **字节序**：
- **大端字节序（big-endian）**：高位字节存放在低地址。
- **小端字节序（little-endian）**：低位字节存放在低地址。
- **指针类型**：如`float*`指针指向浮点数的首地址，`sizeof(float*)`在64位系统中为8字节。

### 4. **优化建议**
- **避免隐式转换**：如`fabsf`优先于`fabs`，`3.14f`优先于`3.14`。
- **明确指针类型**：避免用`func(int arr[])`写法，直接用`func(int* arr)`。
- **使用C++容器**：如`std::array`或`std::vector`替代裸指针，减少内存管理错误。

### 总结
指针是C语言的核心特性，但需要注意内存管理和类型安全。尽管C++提供了更安全的容器和引用，但理解指针的底层原理对高性能优化仍然关键。