为什么在链接列表中使用指针的指针会给我不同的列表头指针值

Question

有两个函数适用于我的链表实现：AddToTail 和 PrintList。 AddTotail 将节点添加到尾部。PrintList 将打印列表中的第一个节点。

这是我实现这个想法的尝试：

#include <iostream>

struct ListNode
{
    int m_nKey;
    ListNode* m_pNext;
};


void AddToTail(ListNode** &pHead, int value)
{
    ListNode* pAdd = new ListNode();
    pAdd->m_nKey = value;
    pAdd->m_pNext = nullptr;

    if(pHead==nullptr)
    {
        pHead = &pAdd;
    }
    else
    {
        ListNode* pTmp = *pHead;
        while(pTmp->m_pNext!=nullptr)
        {
            pTmp = pTmp->m_pNext;
        }
        pTmp->m_pNext = pAdd;
    }
}


void PrintList(ListNode** &pHead) {
  if (pHead==nullptr) return;

  std::cout << (*pHead)->m_nKey << std::endl;
}


int main() {
  ListNode** pHead = nullptr;
  AddToTail(pHead, 1);
  std::cout << (*pHead)->m_nKey << std::endl;
  AddToTail(pHead, 2);
  std::cout << (*pHead)->m_nKey << std::endl;
  PrintList(pHead);
  return 0;
}

输出如下：

1
2
-306755624

与预期不同：

1
1
1

问题是*pHead 的值在我添加新节点后或在函数中发生了变化。

我认为这是因为我在函数中使用了对指向指针的指针的引用。但是，如果我 dont use references, thepHeadfrommain()` 不会受到我的功能的影响...

Answer 1

问题：

在您的代码中，您有一个ListNode** pHead = nullptr，它是一个指向指针变量的指针。现在让我们看看你在用它做什么：

AddToTail(pHead, 1);

好的，看起来不错。你的AddToTail 函数需要一个指向ListNode 的指针，而这正是你给它的！到目前为止没有什么可疑的......但是我们不必进一步寻找这里的问题......

仔细观察你的函数，我们可以看到你有：

void AddToTail(ListNode** &pHead, int value)
{
    ListNode* pAdd = new ListNode();
    pAdd->m_nKey = value;
    pAdd->m_pNext = nullptr;

    if(pHead==nullptr)
    {
        pHead = &pAdd;
    }

    // the rest of the code...
}

这里的事情开始变脏了...密切注意你刚刚在这里写的内容：

pHead = &pAdd;

由于您将pHead 作为引用传递，因此您的原始变量现在指向一个对象...分配在堆栈上在函数范围内。 这不是个好主意！。一旦你的函数returns，以前是pAdd 的内存块不再有效使用！

错误假设：

等一下……如果那部分内存的使用确实是无效的，那为什么当我们调用时：

std::cout << (*pHead)->m_nKey << std::endl;

就在AddToTail(pHead, 1) 之后，它给了我们正确的数字？ 我的输出显示为1！

是的。您的输出准确地显示了您打算在列表的第一个节点中拥有的内容。如果使用该内存无效，为什么它不打印一些垃圾值？因为包含那部分内存的堆栈尚未清除。

请记住，我所指的内存部分是一个指针 - 一个表示地址的简单值。这就是为什么只要这个块没有被清除，我们就能够查看它并推断出我们真正想要指向的对象在哪里。一旦堆栈被清除，地址就变成了一个垃圾值，并且正在查看一些由......一些随机值指向的随机值。调用std::cout << (*pHead)->m_nKey << std::endl 后，您可以看到堆栈将被清除，因为如果您尝试运行：

std::cout << (*pHead)->m_nKey << std::endl;
std::cout << (*pHead)->m_nKey << std::endl;

第二次调用将实际打印一些垃圾值，而不是调用一次std:: << ...。

解决办法是什么？

其实有很多。我们使用C++，所以我认为没有理由不将列表操作实现为成员函数，但我们不要对原始代码进行太多更改。首先，让我们删除一层“...points to...”，而不是：

ListNode** pHead = nullptr;

我们将拥有并与之合作：

ListNode* pHead = nullptr;

相应地，我们改变我们的功能：

void AddToTail(ListNode* &pHead, int value) // the arguments have changed
{
    ListNode* pAdd = new ListNode();
    pAdd->m_nKey = value;
    pAdd->m_pNext = nullptr;

    if(pHead==nullptr)
    {
        pHead = pAdd; // notice the difference!
    }
    else
    {
        ListNode* pTmp = pHead; // here too!
        while(pTmp->m_pNext!=nullptr)
        {
            pTmp = pTmp->m_pNext;
        }
        pTmp->m_pNext = pAdd;
    }
}

当然，您的PrintList 以及main() 中的一些代码也需要更改，但现在您的工作就是这样做。只是为了给你一些见解，这个：

ListNode* pHead = nullptr;
AddToTail(pHead, 1);
std::cout << pHead->m_nKey << ' ';
AddToTail(pHead, 2);
std::cout << pHead->m_nKey << std::endl;

打印1 1。

Post Scriptum：我会高度鼓励您更改您的实现，使其功能而不是免费的，成为ListNode 类的一部分，也许使用node<T> 作为上述类中的私有类，以提高代码的可读性和一致性

Answer 2

void AddToTail(ListNode** &pHead, int value)

pHead 是一个参考。它引用了函数AddToTail之外的变量。

ListNode* pAdd = ...

pAdd 是AddToTail 函数中的自动变量。自动变量在函数返回时被销毁。

pHead = &pAdd;

您将自动变量的地址存储在pHead 引用的指针中。

AddToTail(pHead, 1);

AddToTail 返回后，pHead 指向被销毁的局部变量。取消引用 pHead 将有未定义的行为，因为它没有指向有效的对象。

std::cout << (*pHead)->m_nKey << std::endl;

在这里，您取消引用不指向有效对象的pHead。行为未定义。

Answer 3

或者也可以尝试这样的事情：

struct ListNode
{
    int m_nKey;
    ListNode* m_pNext;
};


void AddToTail(ListNode **pHead, int value)
{
    ListNode* pAdd = new ListNode();
    pAdd->m_nKey = value;
    pAdd->m_pNext = nullptr;

    if (*pHead == nullptr)
    {       
        *pHead = pAdd;
    }
    else
    {
        ListNode *pTmp = *pHead;
        while (pTmp->m_pNext != nullptr)
        {
            pTmp = pTmp->m_pNext;
        }
        pTmp->m_pNext = pAdd;
    }
}


void PrintList(ListNode *pHead) {
    if (pHead == nullptr) return;

    std::cout << "list key:" << pHead->m_nKey << std::endl;
    PrintList(pHead->m_pNext);
}


int main()
{ 
    ListNode *pHead = nullptr;
    AddToTail(&pHead, 1);
    std::cout << pHead->m_nKey << std::endl;
    AddToTail(&pHead, 2);
    std::cout << pHead->m_nKey << std::endl;
    PrintList(pHead);

    return 0;
}