【C语言从入门到入土】——指针的深入探讨

原创 于 2023-01-06 16:55:13 发布 · 154 阅读 · 2 ·
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#c语言 #数据结构

这篇文章详细介绍了C语言中的指针类型，包括字符指针、指针数组和数组指针、函数指针以及回调函数的概念和使用。重点讨论了数组在函数参数传递中的行为，以及如何使用函数指针和回调函数进行更灵活的编程。同时，通过示例展示了如何使用qsort函数和自定义比较函数进行排序操作。

目录

1.指针类型

2.字符指针

3. 指针数组和数组指针

3.1 指针数组

3.2 数组指针

3.3 数组名和&数组名

3.4 数组指针的运用

 3.5 数组参数和指针参数

3.5.1 一维数组传参

3.5.2 二维数组传参

 3.5.3 一级指针传参

3.5.4 二级指针传参

4.函数指针

4.1 函数指针的介绍

4.2 函数指针数组

4.3 指向函数指针数

5.回调函数

5.1 qsort函数的使用

5.2 利用回调函数改进冒泡排序，模拟实现qsort函数

1.指针类型

int aint* a  ——  整型指针
short a

short* a  ——  短整型指针        

cahr achar* a  ——  字符指针
float aflaot* a  ——  单精度浮点数指针
double adouble* a  ——  双精度浮点数指针
struct a studentstruct* a student  ——  结构体指针

除了这些最基础的，还有空指针，void类型指针，数组指针，函数指针等等。总之，一个变量加上*后的类型，就是该指针类型。

那么不同的指针类型中又存在什么差异呢？

2.字符指针

先来看一段代码

#include <stdio.h>

int main()
{
    const char* pstr = "hello bit.";
    printf("%s\n", pstr);
    return 0;
}

我们知道，指针指向的是一个常量的地址，那么请思考一下，这里是把一个字符串“hello bit.”放到pstr指针变量里了吗？或者存放的是“hello bit.”这个字符串的地址吗？

事实上，pstr中存放的是该常量字符串的首元素地址，而由于字符串中的存储是连续的，因此可以通过%s将这一整串字符打印出来。

接着再来看另一段代码

#include <stdio.h>

int main()
{
    char str1[] = "hello bit.";
    char str2[] = "hello bit.";
    const char *str3 = "hello bit.";
    const char *str4 = "hello bit.";
    if(str1 ==str2)
 printf("str1 and str2 are same\n");
    else
 printf("str1 and str2 are not same\n");
       
    if(str3 ==str4)
 printf("str3 and str4 are same\n");
    else
 printf("str3 and str4 are not same\n");
       
    return 0;
}

请大家思考，这个程序的结果是什么呢？是same same吗？

 实际上是这样的。str1和str2尽管内容一样，但仍是两个数组，计算机会开辟两块不同的内存空间，因此“str1 and str2 are not same”。但在这里str3和str4指向的是同一个常量字符串。C/C++会把常量字符串存储到单独的一个内存区域，当几个指针指向同一个字符串的时候，他们实际会指向同一块内存，所以str3和str4是相同的。

3. 指针数组和数组指针

3.1 指针数组

指针数组，就是一个存放指针类型的数组

int* arr1[10]; //整形指针的数组
char *arr2[4]; //一级字符指针的数组
char **arr3[5];//二级字符指针的数组

3.2 数组指针

根据我们熟悉的指针，int* p；是能指向整型数据的指针， float* p；是能指向浮点数类型的指针。那么数组指针就应该是能指向数组的指针。

int *p1[10];//指针数组
int (*p2)[10];//数组指针
//这里p先和*结合，说明p是一个指针变量，然后指着指向的是一个大小为10个整型的数组

但要注意的是，[]的优先级是要高于*的，因此必须要加上（）来保证p与*先结合       

3.3 数组名和&数组名

对于以下数组，arr和&arr分别意味着什么呢？

int arr[10] = { 0 };

arr是数组名，而数组名又可以表示数组首元素的地址，那么&arr则代表了整个数组的地址

#include <stdio.h>
int main()
{

 int arr[10] = { 0 };
 printf("arr = %p\n", arr);
 printf("&arr= %p\n", &arr);
 printf("arr+1 = %p\n", arr+1);
 printf("&arr+1= %p\n", &arr+1);
 return 0;

}

我们来用代码验证一下是否是这样的。

可以看到arr和&arr的地址虽然是一样 ，但所对应的意义就有些出入了，arr+1和&arr+1中间，正好差了40个字节，也就是一个arr[10]数组的大小。（&arr的类型是int（*）[10]，是一种数组指针）

3.4 数组指针的运用

既然数组指针指向的是数组，那数组指针中存放的应该是数组的地址。这样我们就可以轻易的写出以下代码

#include <stdio.h>
int main()
{
    int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
    int (*p)[10] = &arr;
    return 0;
}

这样写代码固然没错，但是在实际运用中我们却很少去使用这样的代码。那么如何规范的使用数组指针呢？

#include <stdio.h>

//正常二维数组传参打印
void print_arr1(int arr[2][5], int row, int col)
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i < row; i++)
    {
        int j = 0;
        for (j = 0; j < col; j++)
        {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }

        printf("\n");
    }
}

//利用数组指针进行打印二维数组
void print_arr2(int(*arr)[5], int row, int col)
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i < row; i++)
    {
        int j = 0;
        for (j = 0; j < col; j++)
        {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main()
{
    int arr[2][5] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    print_arr1(arr, 2, 5);
    //数组名arr，表示首元素的地址
    //但是二维数组的首元素是二维数组的第一行
    //所以这里传递的arr，其实相当于第一行的地址，是一维数组的地址
    //可以数组指针来接收
    print_arr2(arr, 2, 5);
    return 0;
}

 3.5 数组参数和指针参数

3.5.1 一维数组传参

以下函数哪个函数的参数最合理呢？

#include <stdio.h>

void test(int arr[])//ok?
{}
void test(int arr[10])//ok?
{}
void test(int* arr)//ok?
{}
void test2(int* arr[20])//ok?
{}
void test2(int** arr)//ok?
{}
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };

	int* arr2[20] = { 0 };
	test(arr);
	test2(arr2);
}

先说结论，以上写法全部正确

我们来具体分析一下

3.5.2 二维数组传参

void test(int arr[3][5])//ok？
{}
void test(int arr[][])//ok？
{}
void test(int arr[][5])//ok？
{}
//总结：二维数组传参，函数形参的设计只能省略第一个[]的数字。
//因为对一个二维数组，可以不知道有多少行，但是必须知道一行多少元素。
//这样才方便运算。
因此第二个函数类型错误

void test(int* arr)//ok？ 
{}
一维数组不能存放二维数组
void test(int* arr[5])//ok？
{}
这里的参数为指针数组，错误
void test(int(*arr)[5])//ok？
{}
正确
void test(int** arr)//ok？
{}
二级指针数组，错误

int main()
{
	int arr[3][5] = { 0 };
	test(arr);
}

 3.5.3 一级指针传参

#include <stdio.h>
void print(int *p, int sz)
{
 int i = 0;
 for(i=0; i<sz; i++)
 {
 printf("%d\n", *(p+i));
 }
}
int main()
{
 int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
 int *p = arr;
 int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
 //一级指针p，传给函数
 print(p, sz);
 return 0;
}

3.5.4 二级指针传参

#include <stdio.h>
void test(int** ptr)
{
 printf("num = %d\n", **ptr); 
}
int main()
{
 int n = 10;
 int*p = &n;
 int **pp = &p;
 test(pp);
 test(&p);
 return 0;
}

4.函数指针

4.1 函数指针的介绍

先来看一段代码

#include <stdio.h>
void test()
{
	printf("hehe\n");
}
int main()
{
	printf("%p\n", test);
	printf("%p\n", &test);
	return 0;
}

这里两处打印的结果相同，也就是说函数名就代表了函数的地址。那么如何保存一个函数的地址呢？这就要用到函数指针。

void test()
{
 printf("hehe\n");
}
//下面pfun1和pfun2哪个有能力存放test函数的地址？
void (*pfun1)();
void *pfun2();

 显然，pfun1可以存放。pfun1先和*结合，说明pfun1是指针，指针指向的是一个函数，指向的函数无参数，返回值类型为void。

再来看这两个代码    （出自《C陷阱和缺陷》）

//代码1
(*(void (*)())0)();
//代码2
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);

对于第一个代码，可以做这样的分析

 事实上，代码1的本质是一次函数调用。

接着来看第二个代码

代码2实际上是一次函数的声明，声明的函数名为signal；signal函数的参数有两个，第一个是int类型，第二个是函数指针类型，该函数指针所指向的函数参数为int，返回类型为void；signal函数的返回类型是一个函数指针，该函数指针指向的那个函数参数为int，返回类型为void

为了便于理解，我们在实际运用中可以对改代码做出改进

	typedef void(*pf_t)(int) ;//typedef重命名
	pf_t signal(int, pf_t);

4.2 函数指针数组

数组是一个存放相同类型数据的存储空间，我们前面已经学习了指针数组，要把函数的地址存到一个数组中，那这个数组就叫函数指针数组，函数指针的数组应该如何定义呢？

int (*parr1[10])();
parr1 先和 [] 结合，说明 parr1是数组，数组的内容是 int (*)() 类型的函数指针。

对于函数指针数组，我们一般将其用作转移表，下面代码将模拟一个计算器的实现

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
    return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
    return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
    return a / b;
}
int main()
{
    int x, y;
    int input = 1;
    int ret = 0;
    do
    {
        printf("*************************\n");
        printf(" 1:add           2:sub \n");
        printf(" 3:mul           4:div \n");
        printf("*************************\n");
        printf("请选择：");
        scanf("%d", &input);
        switch (input)
        {
        case 1:
            printf("输入操作数：");
            scanf("%d %d", &x, &y);
            ret = add(x, y);
            printf("ret = %d\n", ret);
            break;
        case 2:
            printf("输入操作数：");
            scanf("%d %d", &x, &y);
            ret = sub(x, y);
            printf("ret = %d\n", ret);
            break;
        case 3:
            printf("输入操作数：");
            scanf("%d %d", &x, &y);
            ret = mul(x, y);
            printf("ret = %d\n", ret);
            break;
        case 4:
            printf("输入操作数：");
            scanf("%d %d", &x, &y);
            ret = div(x, y);
            printf("ret = %d\n", ret);
            break;
        case 0:
            printf("退出程序\n");
            break;
        default:
            printf("选择错误\n");
            break;
        }
    } while (input);

    return 0;
}

可以看到，如果我们用传统的swtich-case语句的话，中间case部分的语句冗长且逻辑重复。这时，用函数指针数组来实现就会方便很多

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
    return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
    return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
    return a / b;
}
int main()
{
    int x, y;
    int input = 1;
    int ret = 0;
    int(*p[5])(int x, int y) = { 0, add, sub, mul, div }; //转移表
    while (input)
    {
        printf("*************************\n");
        printf(" 1:add           2:sub \n");
        printf(" 3:mul           4:div \n");
        printf("*************************\n");
        printf("请选择：");
        scanf("%d", &input);
        if ((input <= 4 && input >= 1))
        {
            printf("输入操作数：");
            scanf("%d %d", &x, &y);
            ret = (*p[input])(x, y);//根据输入的值来选择相应函数的地址
        }
        else
            printf("输入有误\n");
        printf("ret = %d\n", ret);
    }
    return 0;
}

4.3 指向函数指针数

指向函数指针数组的指针是一个指针，指针指向一个数组 ，数组的元素都是函数指针

void test(const char* str)
{
 printf("%s\n", str);
}
int main()
{
 //函数指针pfun
 void (*pfun)(const char*) = test;
 //函数指针的数组pfunArr
 void (*pfunArr[5])(const char* str);
 pfunArr[0] = test;
 //指向函数指针数组pfunArr的指针ppfunArr
 void (*(*ppfunArr)[5])(const char*) = &pfunArr;
 return 0;
}

5.回调函数

回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个 函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。回调函数不是由该函数 的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进 行响应。

5.1 qsort函数的使用

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

//qosrt函数的使用者得实现一个比较函数
int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{
  return (*( int *)p1 - *(int *) p2);
}

int main()
{
    int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
    int i = 0;
    
    qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof (int), int_cmp);

    for (i = 0; i< sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
   {
       printf( "%d ", arr[i]);
   }
    printf("\n");
    return 0;
}

5.2 利用回调函数改进冒泡排序，模拟实现qsort函数

#include <stdio.h>
int int_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
    return (*(int*)p1 - *(int*)p2);
}
void swap(void* p1, void* p2, int size)
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i < size; i++)
    {
        char tmp = *((char*)p1 + i);
        *((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);
        *((char*)p2 + i) = tmp;
    }
}
void bubble(void* base, int count, int size, int(*cmp)(void*, void*))
//无返回类型保证函数通用性
//1.数组地址
//2.数组大小
//3.指针每次跳过的大小
//4.比较函数
{
    int i = 0;
    int j = 0;
        for (i = 0; i < count - 1; i++)
        {
            for (j = 0; j < count - i - 1; j++)
            {
                if (cmp((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size) > 0)
//（char*）强制类型转换使得每次跳过一个字节的大小，保证函数具有通用性
                {
                    swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size, size);
                }
            }
        }
}
int main()
{
    int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
    int i = 0;
    bubble(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp);
    for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
    {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

本篇文章内容较多并具有一定复杂程度，希望大家能反复观看不断学习

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