11.2 指標（pointer）

C++ 有內建的排序函式 sort。假設 n 個整數存在陣列 a 的 a[0] ~ a[n-1]，把它們由小到大排好只要一行：

int a[6] = {6, 3, 2, 5, 4, 1};
int n = 6;

sort(a, a + n);      // 排完 a 就變成 1 2 3 4 5 6

奇怪的地方在第二個參數：a 是陣列名稱，n 是整數，兩個居然可以相加，加出來的東西還能當參數傳進去。要看懂這個寫法，得先認識一個新型態：指標。

¶指標：儲存「記憶體位置」的型態

程式裡的每個變數都住在記憶體的某個位置，可以把位置想成門牌號碼。上冊 7.7 學過：陣列名稱單獨出現時，代表的就是陣列開頭的記憶體位置。

指標（pointer）就是專門用來儲存記憶體位置的型態。宣告時在變數名稱前加一個 *：

int *p;      // p 是一個指標，可以儲存「某個 int 變數的位置」

¶兩個運算子：& 取址、* 取值

指標的操作靠兩個運算子：

• &變數：取得這個變數的記憶體位置（這個動作叫「取址」）。
• *指標：到指標儲存的位置，把住在那裡的值取出來（這個動作俗稱「取值」，正式名稱是「解參考」）。

先用互動圖解建立畫面感，再往下讀程式碼：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int n = 10;
    int *p = &n;              // p 儲存的是 n 的記憶體位置

    cout << n << '\n';        // 10
    cout << *p << '\n';       // 10：到 p 儲存的位置，把值取出來
    *p = 25;                  // 透過指標，把那個位置的值改掉
    cout << n << '\n';        // 25：n 被改了！
    return 0;
}

執行結果：

10
10
25

*p 和 n 指的是同一個位置，所以改 *p 就是改 n。順帶一提：這個 & 跟上冊 7.5 參考參數的 & 是同一個符號的兩種用法——寫在型態旁（int &x）是宣告參考，寫在變數前（&n）是取址，位置不同、意義不同。

¶位置本身長什麼樣子

指標裡面存的是位置，直接印出來會看到這種東西：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int n = 10;
    int *p = &n;

    cout << p << '\n';                  // 位置，用十六進位顯示
    cout << (long long)p << '\n';       // 同一個位置，改用十進位看
    return 0;
}

執行結果（每次執行、每台電腦都不同）：

0x7ffff07772e4
140737227748068

有數字又有英文字母，是因為位置習慣用十六進位顯示（a 到 f 代表 10 到 15，詳見第十六單元）；轉成 long long 印出來就是我們熟悉的十進位。兩行是同一個位置的兩種寫法。

這個數字本身完全不重要——它每次執行都不一樣，換台電腦更不一樣，沒有任何題目會叫你算出某個變數的位置是多少。指標有用的地方永遠是關係：誰指向誰、兩個位置差幾格。

¶陣列名稱，骨子裡是指標

上冊 7.7 說過「陣列名稱代表開頭位置」，現在可以講得更精確：運算式裡出現陣列名稱（後面沒接中括號）時，它會隱性轉型成「指向第一個元素的指標」。而指標可以加減整數：

• 指標 + k：往後跳 k 個元素的位置。注意跳的單位是元素不是位元組——int 佔 4 個位元組（上冊 2.2），所以 a + 1 的位置比 a 大 4。
• 指標 - 指標：兩個位置之間的距離，單位一樣是元素個數。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a[4] = {10, 20, 30, 40};

    cout << a << '\n';          // 陣列開頭（a[0]）的記憶體位置
    cout << a + 1 << '\n';      // a[1] 的記憶體位置
    cout << *a << '\n';         // 10：取出 a[0] 的值
    cout << *(a + 2) << '\n';   // 30：取出 a[2] 的值
    return 0;
}

執行結果（前兩行是記憶體位置，每次執行、每台電腦都不同）：

0x7ffe6a2e2680
0x7ffe6a2e2684
10
30

位置用十六進位顯示，數值本身不重要，看關係：第二行恰好比第一行大 4——往後一個 int 的距離。而 *(a + 2) 的意思是「開頭往後跳兩格，取值」——你早就用了幾個月的 a[2]，其實就是 *(a + 2) 的另一種寫法。

指標相減的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a[10];
    int *p = &a[2];           // 指向 a[2]
    int *q = &a[7];           // 指向 a[7]
    cout << q - p << '\n';    // 5：兩個位置之間隔了 5 個 int
    return 0;
}

執行結果：

5

動手試試看：解掉指標之間——題目給你同一個陣列裡的兩個指標，問這兩個位置之間嚴格夾著幾個元素。相減得到距離，答案就在旁邊了；但有兩件事要小心：題目沒保證哪個指標在左邊（相減可能是負的，先取絕對值），而且相鄰兩格的距離是 1、中間夾的是 0 個。這是本站的函式實作題（作答方式見上冊 7.8），你只要寫 count_between 這一個函式，不用處理輸入輸出。

（二維陣列轉成指標的規則複雜得多，超出本書的需要，我們不教——競程用不到。）

¶指標與 iterator：像親戚，但不是同一家

10.5 的 iterator 也是「代表位置」的東西，用起來也是 *it 取值、it + 1 往後跳——難怪覺得眼熟。差別在於：

換句話說，iterator 是把「位置」這個概念抽象化之後的產物，指標則是它最原始、最具體的版本。11.4 你就會看到 sort 兩種都吃——它只在乎你給它一段「從哪裡到哪裡」。

動手試試看：把上面的陣列範例打進電腦跑一次，觀察你機器上的兩個位置是不是也差 4。再加一行 *(a + 2) = 99;，然後印出 a[2]——驗證「改 *(a + 2) 就是改 a[2]」。