iOS Runtime之指针和结构体

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      有句话说: 指针是c语言的灵魂,无论学习任何一门编程语言,都绕不开指针这个话题,本文主要从指针和结构体两方面做简单介绍。

1、从C语言指针说起

(1.1)、什么是指针

一般的,在定义数据对象时,需要说明对象的名称和数据类型,如

int test = 0;

      申明数据类型的作用时告诉IDE要为多想分配多大的存储空间(字节),以及对象中要存储什么类型的值。

      对象名称的作用是对应分配到的内存单元,允许按照名称来访问,如我定义test这个变量,在程序中需要使用时,就可以通过tes来访问这个变量。但是在一些特殊情况下如由于作用域问题无法直接访问这个变量,那么可以通过访问这个变量的内存地址来访问这个变量。

因此C语言中形象的将变量的内存地址称为指针,即一个对象的地址就是该对象的指针。

举个例子:我申请的int类型的test的指针为40001,但并不表示地址40001指的是test.

此处需要注意,40001只是这个变量的首地址,我申请的int类型的test在内存中占四个字节,所以40001,40002,40003,40004这四个内存地址才是test的内存。

所以我们常说的,变量(对象)的指针实际上是这个变量(对象)在内存中的首地址

使用指针有哪些好处呢?

  • 提高存储效率
  • 间接访问由于作用域不可见的变量
  • 访问动态的内存空间
(1.2)、指针和指针变量的区别

      指针是地址值,指针变量是存储指针的变量,我们可以通过指针变量间接访问(或者存取)一个对象。

(1.3)、指针的分类
  • 1、普通的指针
int a = 111;
int *pa = &a;
char p = 'C';
char *pb = &p;

代码int *pa = &a;的作用是指针赋值,那么该如何验证是否赋值成功并如何使用这个值呢?

int *pdd = pa;
printf("取值========%d,%d\n",*pa,*pdd);


定义一个pdd指针,然后打印指针pdd所指向的值。最终看到的结果是:

取值========111,111

上面的代码已经完成了指针的赋值和取值操作。

C_Pointer.png

      上图演示了指针和变量在内存中的关系,111是int型,C是char型。pa是111的指针,指向111在内存中的首地址。同理pb也指向了C的首地址。

实际上,在内存中一个类型表示的是这变量在内存中所占的大小,因为int类型在内存中占用了4个字节的内存大小,C占用了一个字节的空间。

      此时已经知道变量的类型是int类型、内存中的指针首地址以及该变量所占内存大小,就可以从首地址取四个字节的长度就代表着这个变量在内存中的值。

  • 2、指针的指针
// 指针的指针 赋值
int **ppa  = &pa; 
// 取值
printf("\n**ppa========%d",**ppa);

此处ppa指向的是pa的地址,pa指向的是int型a的地址,所以打印出来就是a的值。

C_Point_Point.png

如上图所示:ppa指向的存放&a的首地址,即是pa,ppb指向存放&b的首地址。

      既然普通的类型需要占用内存空间,那么指针也是需要占用内存空间的。
我们通过指针的指针拿到这个指针,再通过这个指针拿到这个指针所指向的内容。

  • 3、数组指针

指针指向的是一个对象在内存中的首地址,那么数组指针指向的是什么呢?

char array[] = "hello";
char *arrayPointer = array;

此处定义了一个char类型数组,然后取数组指针。此处我通过数组遍历对数组中的每个元素的内存地址,然后和数组指针做一次比较:

printf("\narrayPointer========%p\n",arrayPointer);
for (int i = 0;i<sizeof(array);i++) {
    printf("\ni,everyone======%d,%p\n",i,&array[i]);
 }

arrayPointer========0x7ffee815584a

i,everyone======0,0x7ffee815584a

i,everyone======1,0x7ffee815584b

i,everyone======2,0x7ffee815584c

i,everyone======3,0x7ffee815584d

i,everyone======4,0x7ffee815584e

i,everyone======5,0x7ffee815584f

可以看到数组的指针和这个数组第一个元素的指针是一样的,所以可以得出结论:数组的指针并不是这个数组的指针,而是数组第一个元素的首地址指针

C_Pointer_Array.png

在获取数组元素的时候可以通过第一个元素的首地址+元素在内存中的字节长度,从而获取到第二个元素的内存地址,同理可以得到不同元素的指针.

for (int i = 0;i<sizeof(array);i++) {
   printf("\neveryone======%c\n",*(array + i));
}
everyone======h

everyone======e

everyone======l

everyone======l

everyone======o

那么从数组中取值就有2种方法,第一传统的下标取值,第二通过元素指针取值。

  • 4、 函数指针
function_Pointer.png

      函数的指针和函数非常类似,在函数前面加上一个指针括号,我们拿到函数的指针之后,就可以调用这个指针来执行函数。此处定义2个函数,一个返回int类型,一个返回int类型的指针,此处需要注意,函数指针和返回指针的函数是两个不同概念。

int getMax(int i,int j) {
    return i>j?i:j;
}


int *getMin(int i,int j) {
    int result = i<j?i:j;
    int *pointer = &result;
    return pointer;
}

那么,该如何通过指针调用函数呢?

 int (*funcOne)(int,int);
 funcOne = getMax;
 int result = funcOne(10001,10086);
 printf("\nresult=============%d\n",result);

定义一个函数指针并赋值,通过调用指针来调用这个函数。

int *resultTwo = getMin(10001, 10086);
printf("resultTwo=========%d",*resultTwo);

调用返回指针的函数时先定义指针来接收函数的返回值。这个指针类型应为函数返回指针所指向的类型。

2、结构体

结构体是由一系列的相同或者不同的类型构成的数据集合,Swift中的元组和结构体非常类似。

(2.1)结构体的组成

结构体一般由结构体名、结构体变量、结构体成员组成.

// 结构体名 + 结构体成员 + 变量名
struct personAbout {
    char name;
    int age;
}person;

如代码所示,我定义了一个结构体,结构体名personAbout,变量名person,成员有2个,name和age;


Struct.png

一般情况下,结构体的名和变量名可省略其中一个,但不能全部省去不写,也就是说下面这两种写法也可以定义一个结构体。

// 结构体名 + 结构体成员
struct personFrist {
    char name[20];
    int *age;
};
// 结构体变量 + 成员
struct {
    char name[20];
    int *age;
}personSecond;

(2.2)结构体的使用
  • 继承

例如我在前面定义了一个person的结构体,现在我又有一个对象,也包含name和age属性,此时可以采用结构体继承的方式。结构体继承和类的继承一样,直接冒号,继承的父类。

struct student: personAbout {
    int number;
}student;
  • 设置别名

一般情况下通过typedef关键字为结构体设置别名,

// 结构体的别名
typedef struct studentFrist: personAbout {
    int number;
    studentFrist() {
        number = 10001;
        age = new int(17);
        strcpy(name, "韩梅梅");
    }
}studentFrist;
  • 结构体赋值

方法一:直接赋值:

// 结构体赋值 方法一
int age = 17;
struct personAbout person = {"李雷",&age};

方法二:可通过结构体的变量名赋值:

student.number = 1000;
strcpy(student.name,"李雷");
student.age = new int(17);

方法三:在定义的时候就给结构体赋值:

// 结构体的继承
struct student: personAbout {
    int number;
    student() {
        number = 10000;
        age = new int(16);
        strcpy(name, "李雷");
    }
}student;
  • 结构体取值

1、直接取值

struct studentZero stu;
int number = stu.number;

2、别名取值

studentFrist stuFrist;
int stuNumber = stuFrist.number;

3、指针取值

先拿到结构体的指针,然后通过->得到结构体中的某个变量值。

studentFrist *stuPoiner = &stuFrist;
int studentNumber = stuPoiner->number;
  • 结构体的位域

      部分属性在存储时,并不需要占用一个完整的字节, 而只需占几个或一个二进制位。为了节省存储空间,并使处理简便,C语言又提供了一种数据结构,称为位域。所谓称为位域是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域,并说明每个区域的位数。每个域有一个域名,允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。在结构体中8位域等于一子节。

  struct teacher {
        unsigned int a: 1;
        unsigned int b: 2;
        unsigned int c: 3;
    }tc,*ptc;
 ptc = &tc;
 ptc -> a = 1;
 ptc -> b = 4;
 printf("ptc -> b======%d",ptc -> b);

位域的赋值不能超过该域所能表示的最大值,如:

b只有2位,能表示的最大数为3,如超过3就会报黄点,Xcode会默认赋值为0,并显示警告:

Implicit truncation from 'int' to bit-field changes value from 4 to 0

所以在使用结构体位域时,我们应计算好位域的位数,避免出错。


本文demo

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