高阶指针(1)
本节为高阶指针,即对C语言指针的一些拓展和应用。首先,我们来介绍回顾一下 指针的概念和基本用法。
- 指针就是个变量,用来存放地址,地址唯一标识一块内存空间。
- 指针的大小是固定的4/8个字节(32位平台/64位平台)。
地址是物理的电线产生的,在32位平台下,由32个0/1组成的二进制序列,把这个二进制序列作为地址,32个bit位才能存储这个地址。也就是需要4个字节才能存储,所以在32位系统下指针变量的大小就是4个字节。
在64位平台下,由64个0/1组成的二进制序列,把这个二进制序列作为地址,64个bit位才能存储这个地址。也就是需要8个字节才能存储,所以在64位系统下指针变量的大小就是8个字节。
- 指针是有类型的,指针的类型决定了指针的±整数的步长,指针解引用操作的时候的权限。
一. 字符指针
在这里我们分为字符指针和字符串指针来分别介绍。
- 字符指针较为简单,以下代码为其基本用法:
int main()
{
char ch = 'w';
char *pc = &ch;
*pc = 'w';//既可直接对ch赋值,也可通过其地址pc间接赋值
return 0;
}
- 字符串指针
先给出一段代码:
int main()
{
const char* pstr = "hello bit.";
printf("%s\n", pstr);
return 0;
}
对于这份代码,要注意:C语言中是没有字符串类型的,C语言中字符串的本质为数组,那么此处 pstr实际指向了字符串 hello bit. 的首元素(即字符’ h '),并非指向了整个字符串。
那么,这样创建出来的字符串数组*pstr
和 pstr[ ]
有什么区别呢 ?
话不多说,看例子:
#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;
}
大家可以试着判断一下,以下为运行结果:
这个结果告诉我们,虽然 *pstr 和 pstr[ ] 都可以用来创建字符串数组,但还是有所区别的,其区别在于:
pstr[ ] 每定义一次都会开辟一个新的内存空间;
*pstr 重复定义多次只会开辟一次内存空间,多个指针指向同一个内存空间。
二. 指针数组
指针数组,是一个存放指针的数组,注意,指针数组是数组,而不是指针!
举个例子:
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
三. 数组指针
1. 数组指针和指针数组的区分
数组指针是指针,是指向数组的指针。
下面,我们对指针数组和数组指针做出区分。
先给出一组例子,大家可以试着判断:
int *p1[10];
int (*p2)[10];
在这组例子中,p1
是指针数组,p2
是数组指针,这是因为 [ ]
和*
同作为操作符, [ ] 的优先级更高,因此p1
和 [10]
优先结合,形成数组;而p2
和*
优先结合,形成指针。
2. &数组名VS数组名
我们先给出一个数组,以此为例展开分析:
int arr[10];
我们知道arr为数组名,数组名表示数组首元素的地址。(两个例外:sizeof(arr)
,&arr
,此处arr
皆表示整个数组。)
那&arr是什么呢?
我们先看一组例子:
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = {0};
printf("%p\n", arr);
printf("%p\n", &arr);
return 0;
}
以下为运行结果:
由此可见,数组名和&数组名打印的地址是一样的。那他们又有什么区别呢?
我们再给一组例子:
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
printf("arr = %d\n", arr);
printf("&arr= %d\n", &arr);
printf("arr+1 = %d\n", arr+1);
printf("&arr+1= %d\n", &arr+1);
return 0;
}
运行结果如下:
从这组例子中,我们不难发现,差别主要在+1,arr+1
跳过4个字节,即一个整形变量(数组元素)的长度,&arr+1
跳过40个字节,即十个整形变量(整个数组)的长度。
实际上:&arr
表示的是数组的地址,而不是数组首元素的地址。
本例中 &arr
的类型是: int(*)[10]
,是一种数组指针类型。
3. 数组指针的使用
举两个例子:
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
int (*p)[10] = &arr;//把数组arr的地址赋值给数组指针变量p
//但是我们一般很少这样写代码
return 0;
}
在第一个例子中,将&arr
存入p
中,需要我们正确定义p
的类型,即int (*)[10]
,否则在VS2022中会报warning。
#include <stdio.h>
void print_arr2(int (*arr)[5], int row, int col)
{
int i = 0;
for(i=0; i<row; i++)
{
for(j=0; j<col; j++)
{
printf("%d ", arr[i][j]);
}
printf("\n");
}
}
int main()
{
int arr[3][5] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
//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
print_arr2(arr, 3, 5);
return 0;
}
在第二个例子中,我们是演示了数组指针作为形参接收二维数组数组名的一个功能,也许没那么实用,但最起码要见到能理解吧。
下面,我们来看一个例子,加深一下我们对数组指针和指针数组的理解:
int (*parr3[10])[5];
这是什么呢?数组指针?指针数组?
可以用以下方法来理解这个声明:
-
从变量名
parr3
开始,分析它的类型。 -
我们最先遇到了带有
[]
的标识符,那就意味着parr3
是一个数组 (Array)。 -
接下来,我们看到了
*
,这个符号说明数组中的每个元素是一个指针 (Pointer)。 -
继续往后看,我们再次遇到了
[]
,这意味着每个指针指向的对象是一个数组。 -
最后,我们看到了
int
,这表示指向的数组的元素类型是整型。
综上所述,int (*parr3[10])[5]
可以解释为一个包含 10 个指针的数组,每个指针指向一个长度为 5 的整型数组。简单的说就是功能相当于int parr3[10][5]
。(实际运用时由于编译器的规定,在传参等操作时可能会报warning)
那么,不妨再看看这些:
int (*parr3)[10][5];
int *(parr3[10][5]);
第一个呢,是parr3
和*
先结合,再和[10][5]
相结合,实质上为一个指向二维数组的指针。
第二个呢,是parr3
和[10][5]
先结合,再与*
结合,实质上是一个二维指针数组。
四. 数组传参和指针传参
在写代码的时候难免要把【数组】或者【指针】传给函数,那函数的参数该如何设计呢?
1.一维数组传参
我们来看一些例子(附注释讲解):
#include <stdio.h>
//传过来的数组名实质上是一个指针,但程序设定上为了更加简便,允许使用数组来接收
void test(int arr[])//ok? ok
{}
void test(int arr[10])//ok? ok
{}
void test(int *arr)//ok? ok 数组名本质上就是数组首元素的地址
{}
void test2(int *arr[20])//ok? ok
{}
void test2(int **arr2)//ok? ok
//传过来的arr2是数组首元素的地址,但数组元素就是指针,那传来的便是指针的地址,故可以用二级指针来接收
{}
int main()
{
int arr[10] = {0};
int *arr2[20] = {0};
test(arr);
test2(arr2);
}
2.二维数组传参
我们同样来看一组例子(附代码讲解):
void test(int arr[3][5])//ok? ok
{}
void test(int arr[][])//ok? not ok,不允许省略二维数组的列
{}
void test(int arr[][5])//ok? ok
{}
void test(int *arr)//ok? not ok,指针类型不匹配
{}
void test(int* arr[5])//ok? not ok,这是指针数组,是数组,且和主函数中数组类型不一致
{}
void test(int (*arr)[5])//ok? ok,数组指针
{}
void test(int **arr)//ok? not ok,类型不匹配
{}
int main()
{
int arr[3][5] = {0};
test(arr);
}
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]);
print(p, sz);
return 0;
}
这部分较为简单,就是一级指针传一级指针即可。
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;
}
这一部分也较为简单,就是二级指针传二级指针即可。
总结一下:讲了这么多,传参过程其实也没那么复杂,只需记住,形参和实参类型匹配即可,此外,为了简便,C语言中允许用对应的数组来接收数组名形参,但不允许用数组名来接收非数组名的指针。
五. 函数指针
之前讲了数组指针,数组指针就是指向数组的指针;
同理,函数指针便是指向函数的指针。
我们先看一段代码作为铺垫:
#include <stdio.h>
void test()
{
printf("hehe\n");
}
int main()
{
printf("%p\n", test);
printf("%p\n", &test);
printf("%p\n", *test);
return 0;
}
对应结果如下:
在这段代码中,我们可以发现,test
和&test
和*test
打印的地址是一样的,这点和数组类似,可以参照上面进行理解。
得到test
的地址,那我们当如何保存函数的地址,下面我们看代码:
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();
能给存储地址,就要求pfun1
或者pfun2
是指针,那哪个是指针? 答案是:
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
;
pfun2
和()
结合为函数,返回值类型为void *
。
然后,我们再来看一个应用:
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int(*pf)(int, int) = &Add;
int m = (*pf)(4, 5);//Add
int n= pf(4, 5); //&Add
int q = (*Add)(4, 5);//*Add
printf("%d\n", m);
printf("%d\n", n);
printf("%d\n", q);
return 0;
}
这段代码中,pf
就是我们所说的函数指针,这段代码也说明了函数名也是一个指针,并且用Add
,&Add
,*Add
都可以实现调用。
最后,我们来阅读两段有趣的代码:
//代码1
(*(void (*)())0)();
//代码2
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);
小伙伴们看懂了吗?
好吧,我承认这两条代码很恶心,既然这样,那我们就一点一点慢慢分析吧!
//代码1
(*(void (*)())0)();
这段代码看起来只能从0
下手了,0
可以视作为地址编号为0x00000000的指针,和(void (*)())
结合,转化为该类型的指针,再与*
结合,解引用。
这段代码的实际意义就是:调用0地址处的函数。
//代码2
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);
这段代码,我们来分析一下:
-
从函数名
signal
开始,我们知道这是一个函数声明。 -
接下来看到
(int, void(*)(int))
,这表明函数signal
接受两个参数:一个是int
类型,另一个是指向一个函数的指针,该函数的参数是int
类型并返回void
。 -
继续往后看,我们看到了
(*signal(...))
,这表示函数signal
返回的是一个指针。 -
最后,看到
()(int)
,这表示指针指向的函数接受int
类型的参数,并返回void
。
综上所述,void (*signal(int, void(*)(int)))(int)
可以解释为 signal
是一个函数,它接受一个 int
类型的参数和一个指向函数的指针,并返回一个指向接受 int
类型参数并返回 void
类型的函数的指针。
代码2太复杂,我们可以用typedef给出简化:
typedef void(*pfun_t)(int);
pfun_t signal(int, pfun_t);
文章写到这里就结束了,如果有错误,还请各位大佬斧正!