Learning Objectives
- 說明每個變數在記憶體裡都有位址，用 & 取得位址、用 * 透過指標讀取與修改
- 宣告與初始化指標，分辨 nullptr 與沒有初始化的指標
- 用指標走訪陣列，說明指標加 1 是前進一個元素
- 用指標參數讓函式修改呼叫端的變數
- 辨認常見的指標錯誤：對空指標取值、野指標與懸空指標
記憶體、位址與指標
程式執行時，每個變數都佔用記憶體裡的一段空間。記憶體可以想成一長排編了號的置物櫃，每一格是一個位元組（byte），
編號就是位址（address），通常用十六進位表示，例如 0x7ffd5e8c4b2c。
int score = 80; // score 佔 4 個位元組，從某個位址開始
int* p = &score; // &score 取得 score 的位址，存進指標 p
cout << *p; // *p：到 p 存的位址去拿值，得到 80
指標（pointer）是一種變數，它存的不是一般的數字或文字，而是另一個變數的位址。有了位址，就能找到那個變數、讀取或修改它。
本課的逐步執行動畫會在每個變數旁邊顯示位址；指標的值旁邊有一個圓點，箭頭連到它指向的變數。
動畫裡的位址是模擬 Linux 上 g++ 的配置方式產生的。真正執行時，作業系統每次都會把程式放到不同位置（位址空間配置隨機化，ASLR）， 所以你在自己電腦上看到的位址會不一樣，但「誰在誰前面、相差幾個位元組」的關係是一樣的。
取得位址、透過指標讀寫
注意右邊每個變數最後一欄的位址：p 的值和 score 的位址一模一樣，所以箭頭從 p 指向 score。第 12 行透過 *p 改值，被改的是 score。最後一行印出各型別的大小：在 64 位元系統上，不論指向什麼型別，指標都是 8 個位元組。
宣告指標的寫法
| 寫法 | 意思 |
|---|---|
int* p; |
宣告 p 是指向 int 的指標（* 寫在型別旁或變數旁都可以：int *p;） |
p = &x; |
& 放在變數前面：取得 x 的位址 |
*p |
* 放在指標前面：取值（dereference），存取 p 所指的變數 |
int* p = nullptr; |
空指標：明確表示「目前沒有指向任何東西」 |
& 與 * 在宣告和運算式裡意思不同：宣告時 int* 表示「指標型別」，運算式裡 *p 表示「取值」；&x 是取位址，
宣告時的 int& 則是下一課的參考。
一次宣告多個指標時要特別注意：
int* a, b; // 只有 a 是指標，b 是一般的 int
int *c, *d; // c、d 都是指標
指標宣告時一定要給初始值：區域變數不會自動歸零，沒有初始值的指標裡是一個隨機的位址（野指標，wild pointer），
透過它讀寫是未定義行為。還不知道要指向哪裡時，就先設成 nullptr，使用前檢查 if (p != nullptr)。
nullptr是 C++11 加入的關鍵字。舊的程式碼常用NULL或0表示空指標，看得懂即可，新程式請用nullptr。
nullptr 與野指標
empty 是空指標，沒有箭頭；wild 宣告時沒有給值，動畫顯示「?」。執行到第 14 行時，程式會停下來說明原因。真正的程式不會停下來說明，而是讀到一個不知道是哪裡的位址：可能印出奇怪的數字，也可能讓程式當掉（Segmentation fault）。
指標與陣列
陣列的元素在記憶體裡一個接一個連續排列。在大部分運算式裡，陣列名稱會自動轉成「指向第一個元素的指標」：
int nums[4] = {10, 20, 30, 40};
int* p = nums; // 等於 int* p = &nums[0];
指標運算以「元素」為單位，不是以位元組為單位：p + 1 指向下一個元素，位址會加上 sizeof(int)，也就是 4。
所以：
*(p + i)就是第 i 個元素，C++ 也允許寫成p[i]- 兩個指向同一個陣列的指標相減，得到的是相差幾個元素
- 可以用
p++讓指標往後走，走到「最後一個元素的下一格」（nums + 4）時停止。這個位置可以拿來比較，但不能取值
用指標走訪陣列
看陣列每一格下方的位址尾數：每格相差 4（一個 int 的大小）。第 11 行印出 p 和 p + 1，相差的也是 4。第 13～15 行的迴圈讓 it 從第一個元素走到 nums + 4，箭頭會一格一格往右移。
想一想：位址、取值與指標運算
下面的程式會印出什麼？
int a = 5;
int* p = &a;
*p = *p + 1;
cout << a;
下面的程式會印出什麼？
int arr[3] = {2, 4, 6};
int* p = arr;
p++;
cout << *p + 1;
在函式裡寫 int* p; 之後還沒有給值，這時 p 的值是什麼？
傳指標給函式
C++ 呼叫函式時預設是傳值：參數是引數的複本，函式裡改參數不會影響呼叫端的變數。 如果希望函式能改呼叫端的變數，可以把變數的位址傳進去，函式再透過指標修改：
void addOne(int* n) { *n = *n + 1; }
int score = 9;
addOne(&score); // 傳 score 的位址，score 變成 10
指標參數也可以是 nullptr，用來表示「這次沒有東西」。所以函式在取值前要先檢查，否則對空指標取值會讓程式當掉。
下一課的參考（reference）可以做到同樣的事，而且寫法比較簡潔、不會是空的；需要表達「可能沒有」時才用指標。
函式透過指標修改變數
呼叫 swapByPointer 時，右邊多出一個框架。它的參數 a、b 有自己的位址，值則是 main 裡 x、y 的位址，所以箭頭從新框架指回 main 的變數。函式結束、框架消失之後，x、y 已經交換了。
常見的指標錯誤
| 錯誤 | 例子 | 會發生什麼 |
|---|---|---|
| 對空指標取值 | int* p = nullptr; cout << *p; |
通常立刻當掉（Segmentation fault） |
| 野指標 | int* p; *p = 3; |
寫到不知道是哪裡的記憶體，結果無法預期 |
| 懸空指標 | 指向已經結束的區域變數，或已經 delete 的記憶體 |
那塊記憶體可能已經被別人使用，讀到錯誤的值或當掉 |
| 超出陣列範圍 | int a[3]; int* p = a; p[5] = 1; |
改到別的變數，或讓程式當掉 |
這些都是未定義行為（undefined behavior）：C++ 標準不規定結果，編譯器也不會在執行時幫你檢查。 有時程式看起來「正常」執行，錯誤卻在很久之後才出現，這是指標錯誤難找的原因。CodeLab 的直譯器會在發生的當下停下來說明， 真正編譯出來的程式不會。
函式結束時，它的區域變數就消失了。下面這個函式回傳區域變數的位址，呼叫端拿到的就是懸空指標：
懸空指標
注意第 7 行回傳之後，makeNumber 的框架連同 n 一起消失，但 p 還記得 n 的舊位址。用 g++ 編譯這段程式會看到警告 address of local variable 'n' returned；不要忽略編譯器的警告。
想一想：指標參數與錯誤
下面的程式會印出什麼？
int x = 1, y = 2;
int* p = &x;
p = &y;
*p = 9;
cout << x << y;
void setZero(int* p) { *p = 0; }，要讓 main 裡的 int n = 5; 變成 0，應該怎麼呼叫？
下列哪一種情況會產生懸空指標？
動手寫：加分函式
完成 addBonus：如果 score 不是 nullptr，就把 bonus 加到它指向的分數上。main 已經寫好，執行後的輸出要和預期相同。
重點回顧
- 每個變數都有位址；
&x取得位址，*p透過指標存取它指向的變數 - 指標的型別要和它指向的資料一致：
int*指向int、double*指向double；64 位元系統上指標本身都是 8 個位元組 - 宣告指標時就給初始值，不確定時用
nullptr，使用前先檢查 - 陣列名稱會轉成指向第一個元素的指標；
p + i前進 i 個元素，p[i]等於*(p + i) - 傳指標給函式，函式就能修改呼叫端的變數
- 對空指標取值、野指標、懸空指標、超出陣列範圍，都是未定義行為；下一課的參考在多數情況下更安全