【C语言】指针初阶

【C语言】指针初阶

1 指针的概念

大多数现代计算机将内存分割为字节（byte），每个字节可以存储 8 位的信息。每个字节都有唯一的地址，用来和内存中的其他字节进行区分。如果内存中有 n 个字节，那么可以把地址看作 0~n-1 的数，如下图：

程序中的每个变量占有一个或多个字节内存，把第一个字节的地址称为变量的地址。下图中，变量 i 占有地址为 2000 和 2001 的 2 个字节，所以变量 i 的地址是 2000：

以上就是指针的由来。虽然用数表示地址，但是地址的取值范围可能不同于整数的范围，所以一定不能用普通整型变量存储地址。但是，可以使用特殊的指针变量存储地址。在使用指针变量 p 存储变量 i 的地址时，我们说 p 指向 i，如下图所示。换言之，指针就是地址，而指针变量就是存储地址的变量。

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2 指针变量的声明

声明的语法

对指针变量的声明与对普通变量的声明基本一样，唯一不同的就是必须在指针变量名字前放置星号 *：

int *p;

上面的声明说明 p 是指向 int 类型 对象 的指针变量。这里使用术语对象代替变量，是因为 p 可以指向不属于变量的内存区域。

指针变量可以和其他变量一起进行声明：

int i, j, a[10], *p, *q;

C语言要求每个指针变量只能指向一种特定类型（引用类型）的对象：

int *p;
double *q;
char *r;

对于指向的引用类型是什么类型则没有限制。事实上，指针变量甚至可以指向另一个指针，即指向指针的指针。

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3 取地址运算符和间接寻址运算符

为使用指针，C语言提供了一对特殊设计的运算符。

• 为了找到变量的地址，可以使用 & （取地址）运算符。

  如果 x 是变量，&x 就是 x 在内存中的地址。

• 为了获得对指针所指向对象的访问，可以使用 *（间接寻址）运算符。

  如果 p 是指针，那么 *p 就表示 p 当前指向的对象。

3.1 取地址运算符

声明指针变量是为指针留出空间，但是并没有把它指向对象：

int *p;

在使用指针 p 之前对其进行初始化是至关重要的。

• 使用 & 运算符把某个变量的地址赋给 p：

  int i, *p;
  p = &i;
  

• 在声明指针变量的同时对它进行初始化是可行的：

  int i;
  int *p = &i;
  

  可以把上面 2 句进行合并，但是需要先声明 i ：

  int i, *p = &i;
  

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3.2 间接寻址运算符

一旦指针指向了对象，就可以使用 * 运算符访问存储在对象中的内容。例如，如果 p 指向 i ，那么可以显示出 i 的值：

printf("%d\n", *p);

printf 函数将显示 i 的值，而不是 i 的地址。

使用数学思维进行理解，可以把 * 想象成 & 的逆运算。对变量使用 & 运算符产生指向变量的指针，而对指针使用 * 运算符则可以返回到原始变量：

j = *&i;//等价于 j=i

只要 p 指向 i，*p 就是 i 的别名。*p 不仅拥有和 i 相同的值，而且对 *p 的改变也会改变 i 的值。

注意： 不要把间接寻址运算符用于未初始化的指针变量。

• 如果指针变量 p 没有初始化，那么试图使用 p 的值会导致未定义的行为。

• 如果指针变量 p 没有初始化，给 *p 进行赋值尤其危险。

  如果 p 恰好具有有效的内存地址，下面的赋值会试图修改存储在该地址的数据：

  int *p;
  *p = 1; // 错误行为
  

  如果上面的赋值改变的内存单元属于当前程序，会出现意料之外的情况发生。

  如果改变的内存单元属于操作系统，那么很可能会导致系统崩溃。

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4 指针赋值

C语言允许使用赋值运算符进行指针的复制，前提是2个指针具有相同的类型。

int i, j, *p, *q;
p = &i;
q = p;

上述语句是把 i 的地址复制给 p，然后再把 p 的内容（即 i 的地址）复制给 q，效果是把 q 指向了 p 所指的地方：

此时，通过 *p 、*q 都可以对 i 的值进行修改。

任意数量的指针变量都可以指向同一个对象。

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5 指针作为函数参数

在不使用指针时，因为C语言是用值进行参数传递的，所以在函数调用中用作实际参数的变量无法改变，当我们希望函数能够改变变量时，C语言的这种特性就很讨厌了。例如，我们希望通过如下函数修改变量的值。

void test(double x, long i, double j) {
    i = (long)x;
    j = x - i;
}

int main() {
    long i = 2;
    double j = 0;
    test(3.14, i, j);
    return 0;
}

使用如上的参数传递显然是失败的，我们并没有通过函数改变变量的值。

指针提供了此问题的解决方法：不再传递变量 x 作为函数的实际参数，而是提供 &x，即指向 x 的指针。声明相应的形式参数 p 为指针。调用函数时，p 的值为 &x，因此 *p ( p 指向的对象)将是 x 的别名。函数体内 *p 的每次出现都将是对 x 的间接引用，而且函数既可以读取 x 也可以修改 x。

修改函数，证明上述方法：

void test(double x, long *p, double *q) {
    *p = (long)x;
    *q = x - *p;
}

int main() {
    long i = 2;
    double j = 0;
    test(3.14, &i, &j);
    return 0;
}

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6 指针作为返回值

我们不仅可以为函数传递指针，而且还可以编写返回指针的函数。

当给定指向 2 个整数的指针时，下列函数返回指向 2 个整数中较大数的指针：

int *max(int *a, int *b) {
    if(*a > *b)
        return a;
    else
        return b;
}

调用 max 函数时，用指向 2 个 int 类型变量的指针作为参数，并且把结果存储在一个指针变量中：

int *p, i, j;
...
p = max(&i, &j);

调用 max 期间，*a 是 i 的别名，而 *b 是 j 的别名。如果 i 的值大于 j，那么 max 返回 i 的地址；否则，max 返回 j 的地址。调用函数后，p 或者指向 i，或者指向 j。

这个例子中 max 函数返回的指针是作为实际参数传入的两个指针中的一个，但这不是唯一的选择。函数也可以返回指向外部变量或指向声明为 static 的局部变量的指针。

注意事项

永远不要返回指向自动局部变量的指针：

int *f(void) {
    int i;   
    ...   
    return &i;  
} 

一旦 f 返回，变量 i 就不存在了，所以指向变量 i 的指针将是无效的。

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