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C语言指针的讲解(一)

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长风留言
2017.11.12 12:13* 字数 3380

谨记

人一定要经得起假话,受的起敷衍,忍得住欺骗,忘得了诺言,放得下一切,失去的东西,其实从来就不真正的属于你,你也不必惋惜,有得必有失,相信是你的那一定是你的,不是你的就不是你的,是你的就一定要去争取。不管今天心情如何,不论今天过得怎么样,无论身在何方,请记得——微笑,人生没有彩排,只有现场直播,所以,每一件事都要努力的做到最好,不要给短暂的人生留下遗憾,要为自己短暂的人生绘画出一道完美的弧线。

前言

前两天有点忙,没来的急及时的更新文章,在这里说声抱歉。前面我们已经学习和了解了很多关于C语言的知识,今天我们就来看看C语言的精华所在——指针。

一、变量的实质

在学习指针的时候,我们先来看看C语言中变量的实质,相信大家对变量并不陌生,那么从内存的角度来看看。内存空间:


如上图所示,内存只不过是一个存放数据的空间,就好像我的看电影时的电 影院中的座位一样。电影院中的每个座位都要编号,而我们的内存要存放各种各 样的数据,当然我们要知道我们的这些数据存放在什么位置吧!所以内存也要象 座位一样进行编号了,这就是我们所说的内存编址。座位可以是遵循“一个座位 对应一个号码”的原则,从“第 1 号”开始编号。而内存则是按一个字节接着一 个字节的次序进行编址,如上图所示。每个字节都有个编号,我们称之为内存地 址。
那么,以前文章里面介绍了,怎么定义一个变量。
int i; char a;
每次我们要使用某变量时都要事先这样声明它,它其实是内存中申请了一个 名为 i 的整型变量宽度的空间(占2个字节,以16位操作系统来讲),和 一个名为 a 的字符型变量宽度的空间(占1个字节)。
我们又如何来理解变量是如何存在的呢。当我们如下声明变量时:
int i; char a;
他们在内存中的映射如下图:


通过上图,我们可以看出在内存分配的时候,占用了6和7的两个地址,而变量a则是在内存地址8申请了一字节的空间大小。这样,在内存空间上我们就已经有了2个变量了。

为变量进行赋值
对于上面的例子,如果现在要对i和a变量进行赋值,如:
int i = 30;
char a = 't';
你当然知道个两个语句是将 30 存入 i 变量的内存空间中,将“t”字符存
入 a 变量的内存空间中。我们可以利用这样的形象来理解啦:

变量在内存的位置(地址)
那么,在这里我们回忆以前学过的知识,以前提到过 & 这个符号,那么 &i 代表什么意思呢?
&i是代表取变量i的地址吗?回答是非常的肯定的,&i就是代表变量i的地址。那么我们可以通过一个示例来看看:

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int i;
    char a;
    i = 30;
    a = 't';
    printf("%p\n%p\n",&i,&a);
    return 0;
}
运行结果:
0x7fff5fbff83c
0x7fff5fbff83b
Program ended with exit code: 0

二、什么是指针?

2.1 指针的概念
对于初学者来说,刚接触C语言编程语言的学者来说,指针是他们最困惑的地方,总是不知道指针到底是一个什么东西,具体有什么用?
C程序设计中使用指针,可以使程序简洁、紧凑、高效;有效地表示复杂的数据结构;实现动态分配内存;得到多于一个的函数返回值。随着读者对本书内容的学习,会逐渐体会到指针的好处。首先介绍指针的基础知识。
在计算机内部存储器(简称内存)中,每一个字节单元,都有一个编号,称为地址。在这里,读者可以把计算机的内存看做是一条街道上的一排房屋,1个字节算一个房屋,每个房屋都可以容纳8比特数据,每个房屋都有一个门牌号用来标识自身的位置。这个门牌号就相当于内存的编号,就是地址。
在前面的内容里,已经提到过指针的概念,简单地说,内存单元的地址称为指针。专门用来存放地址的变量,称为指针变量(pointer variable)。在不影响理解的情况下,有时对地址、指针和指针变量不区分,通称指针。

请读者务必注意所有数据类型的指针(整型、字符型、数组、结构等)在32位机上都是32位(4个字节)。也就是说指针只与操作系统有关。

2.2 指针变量
指针不是C语言中的基本类型,是一种构造类型。指针变量和其他变量一样,在使用之前要先定义,一般形式为:
类型说明符 变量名;
其中,“
”表示一个指针变量,变量名即为定义的指针变量名,类型说明符表示本指针变量所指向的变量的数据类型,例如:
int *p;
以上代码表示p是一个指针变量,它的值是某个整型变量的地址,或者说p指向一个整型变量。至于p究竟指向哪一个整型变量,应由向p1赋予的地址来决定。

技巧:看指针,我个人的看法是这样看的,定义一个变量为 int a;这句代码表达的是这是定义了一个数据类型为int变量名为a的一个变量,那么对于指针,如 int *p; 我们也可以这样看,把 int * 看着是一个数据类型,那么p 就是一个变量的名,只不过我们把 int *这个类型叫做指针类型,把p叫做指针变量而已,所以,指针不在那么神秘了,不是吧?你觉得我说的有道理嘛?

例如:
staic int p1; /p1是指向静态整型变量的指针变量/
float p2; /p2是指向浮点型变量的指针变量
/
char p3; /p3是指向字符型变量的指针变量/
对于指针变量的定义,需要注意以下两点。
① 指针变量的变量名是“
”后面的内容,而不是“p2”、“p3”。“*”只是说明定义的是一个指针变量。
② 虽然所有的指针变量都是等长的,但仍然需要定义指针的类型说明符。因为对指针变量的其他操作(如加、减等)都涉及指针所指向变量的数据宽度。要注意的是,一个指针变量只能指向同类型的变量。上例中的p2只能指向浮点型变量,不能时而指向一个浮点变量,时而又指向一个字符型变量。

2.3 指针变量的赋值和引用
指针变量在使用前不仅要定义说明,而且要赋予具体的值。未经赋值的指针变量不能随便使用,否则将造成程序运行错误。指针变量的值只能是变量的地址,不能是其他数据,否则将引起错误。
在C语言中,变量的地址是由编译系统分配的,用户不知道变量的具体地址。C语言中提供了地址运算符“&”来表示变量的地址,其一般形式为
&变量名;
如“&a”表示变量a的地址,“&b”表示变量b的地址。
下面通过一个程序来理解:

示例一:指针变量的赋值和引用
int main(int argc, char *argv[])
{
    //1、指针也是一种数据类型
    //p是一个变量,p的类型是int *
    int * p;
    p = 123;
    printf("%d\n", p);
    //2、指针指向谁,就把谁的地址赋值给指针
    int a = 10;
    p = &a; //p保存了a的地址
    //%p打印地址,是以16进制方式打印
    printf("%p, %p\n", p, &a);
    //3、直接操作指针变量本身没有意义
    //4、需要操作*p,操作指针所指向的内存
    *p = 100; //*p相当于a
    printf("%d, %d\n", *p, a);
    return 0;
}
示例二:指针变量和指针所存储的内存地址的区别
int main(int argc, char *argv[])
{
    int a = 10;
    //*有2层含义
    //1、定义变量时,*代表是类型, 它是指针类型int *
    int *p;
    p = &a; 
    //2、在使用变量时,*代表操作指针所指向的内存
    *p = 100;
    printf("a = %d\n", a);
    int b = 11;
    p = &b;
    *p = 200;
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    return 0;
}

示例三:同类型指针的赋值
int main(int argc, char *argv[])
{
    int a = 10;
    int *p = &a;
    *p = 111;
    int *q;
    q = p;
    *q = 222;
    printf("&a = %p, p = %p, q = %p\n", &a, p, q);
    printf("a = %d, *p = %d, *q = %d\n", a, *p, *q);
    return 0;
}
输出结果就不展示了。读者可以自己练习。

指针指向的内存区域中的数据称为指针的目标。如果它指向的区域是程序中的一个变量的内存空间,则这个变量称为指针的目标变量。指针的目标变量简称为指针的目标。对指针目标的控制,需要用到下面两个运算符:
● & — 取地址运算符;
● * — 指针运算符(间接存取运算符)。
两个运算符互为逆操作。例如“&a”就是取变量a的地址,而“b”就是取指针变量b所指向的存储单元里的内容。通过一个指针访问它所指向的对象的值称为变量的间接访问(通过操作符“”)。

2.4 指针运算
指针的算术运算,在C程序中是一个很基础的操作,读者应该熟练掌握,如图:

代码展示:

int main(int argc, const char * argv[]) {
    //int a,b;
    //printf("%d\n",p(a));

    //指针的运算
    int a = 10;
    double  b = 20;
    int *p = &a;
    double *q = &b;
    printf("a = %d &a = %p\n", a, &a);
    printf("p = %p p+2 = %p\n", p, p+2);
    printf("b = %f &b = %p\n", b, &b);
    printf("q = %p q+2 = %p\n", q, q+2);
    return 0;
}
运行结果:
a = 10 &a = 0x7fff5fbff83c
p = 0x7fff5fbff83c p+2 = 0x7fff5fbff844
b = 20.000000 &b = 0x7fff5fbff830
q = 0x7fff5fbff830 q+2 = 0x7fff5fbff840
Program ended with exit code: 0

通过上面的例子,我们可以看到,p保存的地址就是a的地址,对指针变量p进行加2,实则就是相当于在地址上进行偏移同一数据类型占字节乘以2,我们已经知道,sizeof(int)是4,sizeof(double)是8。根据程序结果, 整型指针p+2,地址增加了8,相当于两个整数。double指针q+2,增加了16,相当于两个双精度浮点数。注意此程序是在研究指针的运算,打印p+2,q+2代表的地址。并没有修改对应的内存单元的内容。
两指针相减运算,p-q 运算的结果是两指针指向的地址位置之间相隔数据的个数。因此,两指针相减不是两指针的值相减的结果,而是按下列公式计算出的结果:(p-q)/类型字节的长度。
请读者务必注意两指针相减的结果值不是地址量,而是两指针之间相隔数据的个数。

2.5 指针关系运算
两指针之间的关系运算,表示它们指向的地址之间的关系运算。指向地址大的指针大于指向地址小的指针。
如图:

关于指针的关系运算,需要注意以下几个问题。
① 具有不同数据类型的指针之间的关系运算没有意义,指向不同数据区域的数据的两指针之间,关系运算也没有意义。
② 指针与一般整数变量之间的关系运算没有意义。但可以和零进行等于或不等于的关系运算,判断指针是否为空。
③ 指针与一般整数变量之间的关系运算没有意义。但可以和零值进行等于或不等于的关系运算,判断指针是否为空。
示例代码:

int main(int argc, const char * argv[]) {
    char s[] = "welcome";
    char *p = NULL, *q = NULL, t;
    printf("%s\n", s);
    p = s;
    q = s + strlen(s)-1;
    while (p < q)
    {
        t = *p;
        *p = *q;
        *q = t;
        p++;
        q--;
    }
    printf("%s\n", s);
    return 0;
}
输出结果:
welcome
emoclew
Program ended with exit code: 0
在该程序中,指针p指向字符数组的第一个字符w,指针q指向最后一个字符e,循环中指针p往地址大的方向移动,指针q往地址小的方向移动。当指针相等时,停止字符交换。

提示

当程序中使用了指针,有比较复杂的指针表达式时,一定要清楚指针的当前值。如果初学者这个把握不好,那么对指针的理解就还不够深刻。

三、空指针

这里所说的空指针,指的是指针变量存了零号地址,在程序中可以为指针赋零,很显然,可以用“int *p = 0”。在前文实例程序中,读者已经看到了NULL指针。在C语言中指针常量只有NULL一个。那么,NULL究竟代表的是什么含义呢?
C语言标准中定义了一个NULL指针,其就代表了0。在实际编程中,NULL指针的使用是非常普遍的,因为它可以用来表明一个指针目前并未指向任何对象。
我们来看一个例子就可以了;

示例一:
int main(int argc, char *argv[])
{
int *p = NULL;
    printf(“%d\n”, *p);
    *p = 10;
    return 0;
}
结论:这个程序会报错,会出现崩溃,这是因为,给了指针变量一个空值,一个对指针存储的内存操作时,如果是一个空值,那么,是无法操作的,所以会报错。

int main(int argc, char *argv[])
{
    //1、空指针,给指针变量赋值为NULL
    //2、NULL就是数字0
    int *p = NULL;
    /*
    int *p;
    p = NULL;
    */
    int a = 11;
    p = &a;
    if(p != NULL)
    {
        *p = 100;
    }
    return 0;
}
结论:这个程序不会报错,这是因为在堆指针变量存储的时候进行了判断指针变量是不是为空,这样在编写代码的时候就会避免程序出错,所以,大家在编程的时候也要养成一个好的习惯。在不用指针的时候,什么的时候我们将指针设置为NULL,这是一个好的习惯。但不可以对空指针进行间接引用操作。

总结

本篇文章介绍了指针、指针变量以及指针的运算等,希望读者认真阅读,同时也希望读者对指针有一个深刻的理解。后面会介绍指针和数组、函数的一些关系。

结尾

最后,希望读者在读文章的时候发现有错误或者不好的地方,欢迎留言,我会及时更改,感谢你的阅读和评论已经点赞收藏。

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