C語言基礎知識:最核心的—指針!知識總結(第一部分)

c語言編程 發佈 2022-09-23T12:08:01.312208+00:00

指針是C語言最重要也是最難理解的部分,它在我們平時的工作中無處不在。有人說學會了指針,C語言也就學會一半。

指針是C語言最重要也是最難理解的部分,它在我們平時的工作中無處不在。

有人說學會了指針,C語言也就學會一半。為什麼說指針難。因為指針與數組相結合就涉及數組指針與指針數組。指針與結構體結合就涉及結構體指針。指針與字符結合涉及字符指針。指針與const結合涉及常量指針與指針常量。指針與函數結合涉及函數指針與指針函數,同時也會涉及回調函數。指針和指針結合涉及到二維指針。

作者曾經因為上面的這些問題,困擾了許久。因而在網上找了許多的博客來解答疑惑。這篇文章,我試圖將上面的知識點以例子的方式呈現給大家,我相信通過閱讀本文,大家會對指針有更深一步的了解。文中涉及的例子均來源於網上。

1 指針的定義

我們知道,普通的變量存儲的是一個值。而指針變量,它存儲的也是一個值,只是這是一個特殊的值:它的值是另一個變量的地址

指針的定義形式如下:

datatype *name;
或 
datatype *name = value;

其意思就是name是一個指針,它指向的是一個類型為dataype的地址。

指針存儲的是一個地址,如果需要獲取這個地址對應的內容,可以通過解引用符*獲取:

int a = 12;
int *pa = &a;
printf("*pa:%u.", *pa); // 輸出是12;
*pa = 14; // 此時a的值為14了

這裡需要注意的一點,也是我以前經常迷惑的一點:定義指針時,編譯器並不為指針所指向的對象分配空間,它只是分配指針本身的空間,除非在定義時同時賦給一個字符串常量進行初始化。比如:

int *a;
...
*a = 12;

上面這個代碼段說明了一個極為常見的錯誤:我們聲明了這個變量,但從未對它進行初始化,所以沒法預測12這個值將存儲於什麼地方。如果變量是靜態的,它會被初始化為0,;如果變量是自動地,它根本不會被初始化。無論哪種情況,聲明一個指向整型的指針都不會"創建"用於存儲整型值的內存空間。

但是, 下面的定義創建了一個字符串常量(為其分配了內存):

char *p = "breadfruit";

始化指針時所創建的字符串常量被定義為只讀。如果試圖通過指針修改這個字符串的值,程序就會出現未定義的行為。

除了上述的定義是對的外,其他的定義都是錯誤的:

float *pip = 3.14; // 錯誤!無法通過編譯


2 指針的運算

指針 +(-) 整數指針存儲的是一個地址,這個地址本質上是一個整數,所以可以加上或減去一個整數。但是它不是普通的加法或減法,指針加上或減去一個整數結果是另一個指針。但是,運算後的指針指向哪裡呢?當一個指針和一個整數執行算術運算時,整數在執行加法(減法)運算前會根據合適的大小進行調整。這個"合適的大小"就是指針所指向類型的大小,"調整"就是把整數值和"合適的大小"相乘。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int *pa = &a;
    
    double b = 99.9;
    double *pb = &b;
    char c = '@';
    char *pc = &c;
    printf("sizeof(int)= %u, sizeof(double)=%u, sizeof(char)=%u\n",
        sizeof(int), sizeof(double), sizeof(char));

    //最初的值
    printf("&a=%p, &b=%p, &c=%p\n", &a, &b, &c);
    printf("pa=%p, pb=%p, pc=%p\n", pa, pb, pc);

    //加法運算
    pa++; pb++; pc++;
    printf("pa=%p, pb=%p, pc=%p\n", pa, pb, pc);
    //減法運算
    pa -= 2; pb -= 2; pc -= 2;
    printf("pa=%p, pb=%p, pc=%p\n", pa, pb, pc);
    return 0;
}

運算結果:

sizeof(int)= 4, sizeof(double)=8, sizeof(char)=1
&a=000000000061FE04, &b=000000000061FDF8, &c=000000000061FDF7
pa=000000000061FE04, pb=000000000061FDF8, pc=000000000061FDF7
pa=000000000061FE08, pb=000000000061FE00, pc=000000000061FDF8
pa=000000000061FE00, pb=000000000061FDF0, pc=000000000061FDF6

由上面的結果可以看到,當對指針pa,pb,pc進行加1時,實際地址增加的是對應類型的大小。減法也一樣。

指針 - 指針

只有當兩個指針都指向同一個數組中的元素時,才允許從一個指針減去另一個指針。兩個指針相減的結果是兩個指針之間的元素個數。比如,如果p1指向array[i]而p2指向array[j],那麼p2-p1的值就是j-i的值。如果兩個指針所指向的不是同一個數組中的元素,那麼它們之間相減的結果是未定義的,也是毫無意義的。


3 指針與數組

3.1 數組指針(指向數組的指針)

數組指針,它是一個指針,指向的是一個數組。即它存的是一個數組變量的地址。所以這個指針每加一步的步長就是數組的長度。由於它每跨一步都是整個數組,所以又稱行數組。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a[3][4] = {{1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12}};
    int (*pa)[4];
    pa = a;
    printf("a:%p, &a:%p, &a[0][0]:%p\n", a, &a, &a[0][0]);
    printf("pa:%p, (*pa)[0]:%u\n", pa, (*pa)[0]);
    pa++;
    printf("&a[1]:%p, &a[1][0]:%p\n", &a[1], &a[1][0]);
    printf("pa:%p, (*pa)[0]:%u\n", pa, (*pa)[0]);
    return 0;
}

運行結果:

a:000000000061FDE0, &a:000000000061FDE0, &a[0][0]:000000000061FDE0
pa:000000000061FDE0, (*pa)[0]:1
&a[1]:000000000061FDF0, &a[1][0]:000000000061FDF0
pa:000000000061FDF0, (*pa)[0]:5

首先,pa是一個數組指針,它首先存的是數組a的首元素的地址,由於數組名也是數組的首地址,所以a, &a, &a[0][0]的地址相同。pa中存的也是這個地址。然後對pa進行解引用,*pa之後得到這個數組,然後(*pa)[i]就是獲得這個數組下標為i的元素。

3.2 指針數組

指針數組,它本質上是一個數組,只不過整個數組存的類型是一個指針而已。

#include<stdio.h> 

int main(void)
{
    char *p1 = "Himanshu";
    char *p2 = "Arora";
    char *p3 = "India"; 

    char *arr[3]; 

    arr[0] = p1;
    arr[1] = p2;
    arr[2] = p3; 

   printf("\n p1 = [%s] \n",p1);
   printf("\n p2 = [%s] \n",p2);
   printf("\n p3 = [%s] \n",p3); 

   printf("\n arr[0] = [%s] \n",arr[0]);
   printf("\n arr[1] = [%s] \n",arr[1]);
   printf("\n arr[2] = [%s] \n",arr[2]); 

   return 0;
}

運行結果:

p1 = [Himanshu]

p2 = [Arora]

p3 = [India]

arr[0] = [Himanshu]

arr[1] = [Arora]

arr[2] = [India]


4 指針與字符

在C語言中,表示字符串一般有兩種形式,一種是數組的形式,一種是字符指針的形式。

數組形式:

char arr[] = "hello,world";

字符指針形式:

char *str = "hello,world";

雖然上面兩種形式都能表示字符串,但是它們還是有些區別的:

存儲方式字符數組由若干元素組成,每個元素存放一個字符,而字符指針變量只存放字符串的首地址,不是整個字符串。

存儲位置。數組是在內存中開闢了一段空間存放字符串, 是存在棧區。而字符指針是在字面值常量區開闢了一段空間存放字符串,將字符串的首地址付給指針變量str。

賦值方式。對於數組,下面的賦值方式是錯誤的:

char str[10];
str="hello"; // 錯誤!

而對字符指針變量,可以採用下面方法賦值:

char *a;
a = "hello";

可否被修改。指針變量指向的字符串內容不能被修改,但指針變量的值(即存放的地址或者指向)是可以被修改的。

來源:稀土掘金,作者:Elec


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