C语言：详解指针

其他 2018-07-01 07:05:58 阅读次数: 0

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指针应该算得上是c语言的精华，但也是难点。很多教程或者博客都有对其详细的讲解与分析。我这一节的内容，也是讲解指针，但我会尽量使用图解的方式，使大家很容易理解及掌握。

一、基本使用

先来看看下面的代码：

  1. int i = 3;
  2. int *p;
  3. p = &i;
  5. printf( "i 存放的内容的值: %d, i 自己所在的地址: %p\n", i, &i);
  7. printf( "p 存放的地址的值: %p; p 自己所在的地址: %p; p 存放的地址所指所存放内容的值: %d", p, &p, *p);
  9. return 0;
变量i是int类型，所以存放的是int数据。

变量p是int *类型，所以存放的是指向int类型的地址。

这样说，似乎还是没有表达清楚，我使用下面的一张图进行说明：

1. int i = 3; 这句话执行完毕之后，变量i中的内容是3，假设 变量i本身的内存地址为 "0x8000"。

2. int *p; 只是为指针变量p申请了一块内存地址，假设它的内存地址为 "0x7000",此时变量p中存放的内容为nil。

3. p = &i; 表示将变量i的地址赋值给指针p所存放的内容，至此，就呈现出了上图的情形。

所以程序中的那两句打印结果就很明显了。

i 存放的内容的值: 3, i 自己所在的地址: 0x8000

p 存放的地址的值: 0x8000; p 自己所在的地址: 0x7000; p 存放的地址所指所存放内容的值: 3


二、 交换两个整数的值

示例代码如下：

  1. void swap( int *a, int *b) {
  2. int temp = *a;
  3. *a = *b;
  4. *b = temp;
  5. }
  7. int main( int argc, const char * argv[]) {
  9. int a = 3, b = 5;
  11. swap(&a ,&b);
  13. printf( "a: %d; b: %d", a ,b);
  15. return 0;
  16. }
当程序执行完 int a = 3, b = 5, 之后，假设a，b他们自己在内存中的地址分别为0x8000, 0x9000。如下图：

然后调用swap(&a, &b)； 注意，这里传递的是变量a, b 本身的地址。而函数swap的接受形参int *a, int *b均是指针变量，用来接受传递过来的变量a, b的地址，即传递过来的变量a, b 和 函数 swap中的形式参数a, b 完全是两回事；为了以示区别，我将形参中的a, b 表达为 swap_a, swap_b。所以将变量a, b 的地址赋值给swap_a 和 swap_b 之后，内存中的地址分布大致如下(假设swap_a本身的地址为0x6000, swap_b本身的地址为0x7000)。


int temp = *a,  定义一个临时变量temp，用来存储指针swap_a 所指向变量a所存储的值，所以临时变量temp此时存储的值为3，如下图：



*a = *b, 表示将将指针swap_b所指向变量b的内容赋值给指针swap_a所指向变量a的内容，所以执行完毕之后，内存图大致如下:


最后一句代码 *b = temp, 就是将temp所存储的内容赋值给指针swap_b所指向的变量b存储的内容，所以执行完这句话之后，内存图大致如下:



当程序执行到swap函数 右边 “}” 结束后，此时，表示函数swap已经结束，而变量temp是局部变量，所以此时它也会被立刻销毁，所以最终的内存结构图大致而下：



通过上面两个例子的图解，相信大家对指针的概念有了初步的了解，下面的内容，我就直接讲解其内容不做画图处理了，如果自己感兴趣的话，也可以画图尝试尝试。

三、 字符数组与字符串常量

1. 字符数组

  1. char str[] = "good";
  2. while (*str != '\0') {
  3. putchar(*str++);
  4. }
注意：字符数组名是一个常量指针，不能进行类似于 str = str + 1 或者 str++ 等操作，所以上面的代码是错误的。而且str存放的是数组第一个元素的地址。如果想了解更所的关于地址方面的知识，可以参考我前面讲解的内容《C语言：内存地址分析 & sizeof和strlen用法总结》。

2. 字符串常量

  1. char *str2 = "good";
  2. while (*str2 != '\0') {
  3. putchar(*str2++);
  4. }
注意： "good"本身就是一个常量内容，它存放在只读存储区，并且有自己的地址，而变量str2中存放的内容就是常量 "good"所在的地址。所以上述str2++操作完全是正确的。

比如下面的Demo

  1. const char *str = "hello";
  2. printf( "address: %p\t%s\t%c\n", &str,str, *str);
  3. str++;
  4. printf( "address: %p\t%s\n", &str,str);
打印的结果为:

address: 0x7fff5fbff6b8helloh

address: 0x7fff5fbff6b8ello

所以str的值就是指针所在位置及后面字符的值，而*str取得的就是指针所在位置字符的值。

四、函数指针

示例代码：

  1. int add( int num1, int num2) {
  2. return num1 + num2;
  3. }
  5. int main( int argc, const char * argv[]) {
  6. printf( "result:%d", add( 1, 2));
  7. printf( "\n%p", add);
  8. int (*p)( int, int) = add;
  9. printf( "\n%d", p( 3, 4));
  10. return 0;
  11. }
函数指针，顾名思义，就是一个指向函数的指针。函数指针的目的就是为了实现方法的回调。而回调不是本节讲解的重点，我就不做具体说明了。上面的Demo中定义了一个函数add，它是一个有两个参数，返回值为int的函数。printf("\n%p", add) 打印出来的结果就是函数add入口点的地址。 

int (*p)(int,int) = add;
就是自定义一个函数指针p指向具体的函数add。需要注意的一点是：add是常量地址，不能被修改；而指针p是变量地址，可以被修改。

五、 泛型指针

泛型指针就是在定义的时候还不知道指针的具体类型，直到调用的时候才确定类型，并且进行相应的强制类型转换工作，完成任务。泛型指针的形式就是void *。下面用泛型指针实现一个冒泡排序，代码如下：

  1. void init_array( int *a, int n) {
  3. srand(time( NULL));
  5. for ( int i = 0; i < n; i++) {
  6. a[i] = rand() % 100;
  7. }
  8. }
  10. int cmp_array( void *a, void *b) {
  11. int num1 = *(( int *)a);
  12. int num2 = *(( int *)b);
  13. return num1 > num2;
  14. }
  16. void swap_array( void *a, void *b) {
  17. int temp = *(( int *)a);
  18. *(( int *)a) = *(( int *)b);
  19. *(( int *)b) = temp;
  20. }
  22. // 这里的void * 就是 泛型指针，需要进行指针转换，达到自己想要的结果
  23. void sort_array( int *a, int n, int (*cmp)( void *, void *), void (*swap)( void *, void *)){
  24. int i,j;
  25. // 冒泡排序
  26. for (i = 0; i < n; i++) {
  27. for (j = 0; j < n - i - 1; j++) {
  28. if (cmp(&a[j], &a[j+ 1])) {
  29. swap(&a[j], &a[j+ 1]);
  30. }
  31. }
  32. }
  33. }
  35. int main( int argc, const char * argv[]) {
  37. int a[ 10];
  38. init_array(a, 10);
  39. sort_array(a, 10, cmp_array, swap_array);
  40. return 0;
  41. }

在c语言中，书写起来看起来是有点复杂了，其实现在的高级语言没有必要这么麻烦了，用泛型就可以解决问题了，但是这些高级语言的泛型底层还是依赖于c语言的泛型指针。

六、更为复杂的指针

注：以下的测试代码均为在64位系统处理所得。

1) 指针数组

  1. char *p[ 10];
  2. printf( "sizeof(p):%lu \t sizeof(*p):%lu\n", sizeof(p), sizeof(*p));

1. p存放的是一个指针数组的首地址，而指针数组中每一个元素又是指向char *类型元素的地址。

2. sizeof(p)计算的是数组字节大小,输出80,而sizeof(*p)是计算首元素中存放内容的大小，而存放的内容是地址，所以结果为8。

3. p+1 就是 p[1], 每一个地址中存放的就是char *类型元素的地址，即8个字节，所以p+1的地址是在首元素地址的基础上面加8。

最终打印结果：

sizeof(p):80 sizeof(*p):8


2) 指针的指针

  1. char **pl;
  2. printf( "sizeof(pl):%lu \t sizeof(*pl):%lu, \t **pl:%lu \t pl:%p \t pl+1:%p\n", sizeof(pl), sizeof(*pl), sizeof(**p), p, p+ 1);

1. pl是指针的指针，所以pl指向的是一个指针的地址，所以sizeof(pl)结果为8, 打印出来的pl是一个地址，由于pl指向的是一个“指针的地址”，而“指针的地址”存放的是char类型变量的地址,所以占8个字节，所以pl+1 比pl大8。

2. *pl指向char类型变量的，所以它存放的是char类型变量的地址，所以sizeof(*pl)结果为8。

3. **pl,获取char类型变量的值，由于是char类型，所以sizeof(**p)结果为1。

最终打印结果：

sizeof(pl):8 sizeof(*pl):8, **pl:1 pl:0x7fff5fbff6b0 pl+1:0x7fff5fbff6b8


3) 函数指针 

char (*pt)(void);

1. pt存放的是函数的首地址，所以sizeof(pt)结果为8

2. *pt 获取的是函数内部的代码块，所以sizeof(*pt) 和 pt + 1 均没有实际意义


4) 数组指针

  1. char (*pk)[ 10]; // 数组指针
  2. printf( "sizeof(pk):%lu \t sizeof(*pk):%lu, pk:%p \t *pk:%p \t pk + 1:%p \t *pk + 1: %p\n", sizeof(pk), sizeof(*pk),pk,*pk, pk + 1, *pk + 1);

1. char (*pk)[10];相当于二维数组 char a[][10]

2. pk相当于指向二维数组的指针，存放的是地址，所以sizeof(pk)结果为8；pk存放的是整个二维数组的首地址; pk + 1 就是相当于指针移动了一个一维数组的距离，所以地址在pk的基础上面加了10.

3. *pk就是取得二维数组第一行的值，它是一个含有10个char元素的一维数组，所以sizeof(*pk)结果为10;*pk存放的是二维数组中第一维数组的首地址； *pk + 1就是在一维数组的基础上，移动了一个char的距离，所以地址在*pk基础上面加1。

4. 所以 pk和*pk打印的地址结果是一样的。

最终打印结果：

sizeof(pk):8 sizeof(*pk):10, pk:0x7fff5fc27190 *pk:0x7fff5fc27190 pk + 1:0x7fff5fc2719a *pk + 1: 0x7fff5fc27191


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