《跟我一起学C语言》第六章:指针

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第六章:指针

<p align="left">指针简介

　　指针是Ｃ语言中广泛使用的一种数据类型。 运用指针编程是Ｃ语言最主要的风格之一。利用指针变量可以表示各种数据结构； 能很方便地使用数组和字符串； 并能象汇编语言一样处理内存地址，从而编出精练而高效的程序。指针极大地丰富了Ｃ语言的功能。 学习指针是学习Ｃ语言中最重要的一环， 能否正确理解和使用指针是我们是否掌握Ｃ语言的一个标志。同时， 指针也是Ｃ语言中最为困难的一部分，在学习中除了要正确理解基本概念，还必须要多编程，上机调试。只要作到这些，指针也是不难掌握的。

　　指针的基本概念 在计算机中，所有的数据都是存放在存储器中的。 一般把存储器中的一个字节称为一个内存单元， 不同的数据类型所占用的内存单元数不等，如整型量占2个单元，字符量占1个单元等， 在第二章中已有详细的介绍。为了正确地访问这些内存单元， 必须为每个内存单元编上号。 根据一个内存单元的编号即可准确地找到该内存单元。内存单元的编号也叫做地址。 既然根据内存单元的编号或地址就可以找到所需的内存单元，所以通常也把这个地址称为指针。 内存单元的指针和内存单元的内容是两个不同的概念。 可以用一个通俗的例子来说明它们之间的关系。我们到银行去存取款时， 银行工作人员将根据我们的帐号去找我们的存款单， 找到之后在存单上写入存款、取款的金额。在这里，帐号就是存单的指针， 存款数是存单的内容。对于一个内存单元来说，单元的地址即为指针， 其中存放的数据才是该单元的内容。在Ｃ语言中， 允许用一个变量来存放指针，这种变量称为指针变量。因此， 一个指针变量的值就是某个内存单元的地址或称为某内存单元的指针。图中，设有字符变量C，其内容为“K”(ASCII码为十进制数 75)，C占用了011A号单元(地址用十六进数表示)。设有指针变量P，内容为011A， 这种情况我们称为P指向变量C，或说P是指向变量C的指针。 严格地说，一个指针是一个地址， 是一个常量。而一个指针变量却可以被赋予不同的指针值，是变。 但在常把指针变量简称为指针。为了避免混淆，我们中约定：“指针”是指地址， 是常量，“指针变量”是指取值为地址的变量。 定义指针的目的是为了通过指针去访问内存单元。
　
　　既然指针变量的值是一个地址， 那么这个地址不仅可以是变量的地址， 也可以是其它数据结构的地址。在一个指针变量中存放一
个数组或一个函数的首地址有何意义呢？ 因为数组或函数都是连续存放的。通过访问指针变量取得了数组或函数的首地址， 也就找到了该数组或函数。这样一来， 凡是出现数组，函数的地方都可以用一个指针变量来表示， 只要该指针变量中赋予数组或函数的首地址即可。这样做， 将会使程序的概念十分清楚，程序本身也精练，高效。在Ｃ语言中， 一种数据类型或数据结构往往都占有一组连续的内存单元。 用“地址”这个概念并不能很好地描述一种数据类型或数据结构， 而“指针”虽然实际上也是一个地址，但它却是一个数据结构的首地址， 它是“指向”一个数据结构的，因而概念更为清楚，表示更为明确。 这也是引入“指针”概念的一个重要原因。

指针变量的类型说明

　　对指针变量的类型说明包括三个内容：
(1)指针类型说明，即定义变量为一个指针变量；
(2)指针变量名；
(3)变量值(指针)所指向的变量的数据类型。
　　其一般形式为： 类型说明符 *变量名；
　　其中，*表示这是一个指针变量，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 *p1;表示p1是一个指针变量，它的值是某个整型变量的地址。 或者说p1指向一个整型变量。至于p1究竟指向哪一个整型变量， 应由向p1赋予的地址来决定。
　　再如：
staic int *p2; /*p2是指向静态整型变量的指针变量*/
float *p3; /*p3是指向浮点变量的指针变量*/
char *p4; /*p4是指向字符变量的指针变量*/ 应该注意的是，一个指针变量只能指向同类型的变量，如P3 只能指向浮点变量，不能时而指向一个浮点变量， 时而又指向一个字符变量。

指针变量的赋值

　　指针变量同普通变量一样，使用之前不仅要定义说明， 而且必须赋予具体的值。未经赋值的指针变量不能使用， 否则将造成系统混乱，甚至死机。指针变量的赋值只能赋予地址， 决不能赋予任何其它数据，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，对用户完全透明，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变示变量a的地址，&b表示变量b的地址。 变量本身必须预先说明。设有指向整型变量的指针变量p，如要把整型变量a 的地址赋予p可以有以下两种方式：
(1)指针变量初始化的方法 int a;
int *p=&a;
(2)赋值语句的方法 int a;
int *p;
p=&a;
不允许把一个数赋予指针变量，故下面的赋值是错误的： int *p;p=1000; 被赋值的指针变量前不能再加“*”说明符，如写为*p=&a 也是错误的

指针变量的运算

　　指针变量可以进行某些运算，但其运算的种类是有限的。 它只能进行赋值运算和部分算术运算及关系运算。
1.指针运算符

(1)取地址运算符&
　　取地址运算符&是单目运算符，其结合性为自右至左，其功能是取变量的地址。在scanf函数及前面介绍指针变量赋值中，我们已经了解并使用了&运算符。

(2)取内容运算符*
　　取内容运算符*是单目运算符，其结合性为自右至左，用来表示指针变量所指的变量。在*运算符之后跟的变量必须是指针变量。需要注意的是指针运算符*和指针变量说明中的指针说明符* 不是一回事。在指针变量说明中，“*”是类型说明符，表示其后的变量是指针类型。而表达式中出现的“*”则是一个运算符用以表示指针变量所指的变量。
main(){
int a=5,*p=&a;
printf ("%d",*p);
}
......
表示指针变量p取得了整型变量a的地址。本语句表示输出变量a的值。

2.指针变量的运算

(1)赋值运算

指针变量的赋值运算有以下几种形式：
①指针变量初始化赋值，前面已作介绍。

②把一个变量的地址赋予指向相同数据类型的指针变量。例如：
int a,*pa;
pa=&a; /*把整型变量a的地址赋予整型指针变量pa*/

③把一个指针变量的值赋予指向相同类型变量的另一个指针变量。如：
int a,*pa=&a,*pb;
pb=pa; /*把a的地址赋予指针变量pb*/
由于pa,pb均为指向整型变量的指针变量，因此可以相互赋值。

④把数组的首地址赋予指向数组的指针变量。
例如： int a[5],*pa;
pa=a; (数组名表示数组的首地址，故可赋予指向数组的指针变量pa)
也可写为：
pa=&a[0]; /*数组第一个元素的地址也是整个数组的首地址，
也可赋予pa*/
当然也可采取初始化赋值的方法：
int a[5],*pa=a;

⑤把字符串的首地址赋予指向字符类型的指针变量。例如： char *pc;pc="c language";或用初始化赋值的方法写为： char *pc="C Language"; 这里应说明的是并不是把整个字符串装入指针变量， 而是把存放该字符串的字符数组的首地址装入指针变量。 在后面还将详细介绍。

⑥把函数的入口地址赋予指向函数的指针变量。例如： int (*pf)();pf=f; /*f为函数名*/

(2)加减算术运算

　　对于指向数组的指针变量，可以加上或减去一个整数n。设pa是指向数组a的指针变量，则pa+n,pa-n,pa++,++pa,pa--,--pa 运算都是合法的。指针变量加或减一个整数n的意义是把指针指向的当前位置(指向某数组元素)向前或向后移动n个位置。应该注意，数组指针变量向前或向后移动一个位置和地址加1或减1 在概念上是不同的。因为数组可以有不同的类型， 各种类型的数组元素所占的字节长度是不同的。如指针变量加1，即向后移动1 个位置表示指针变量指向下一个数据元素的首地址。而不是在原地址基础上加1。
例如：
int a[5],*pa;
pa=a; /*pa指向数组a，也是指向a[0]*/
pa=pa+2; /*pa指向a[2]，即pa的值为&pa[2]*/ 指针变量的加减运算只能对数组指针变量进行， 对指向其它类型变量的指针变量作加减运算是毫无意义的。(3)两个指针变量之间的运算只有指向同一数组的两个指针变量之间才能进行运算， 否则运算毫无意义。

①两指针变量相减
两指针变量相减所得之差是两个指针所指数组元素之间相差的元素个数。实际上是两个指针值(地址) 相减之差再除以该数组元素的长度(字节数)。例如pf1和pf2 是指向同一浮点数组的两个指针变量，设pf1的值为2010H，pf2的值为2000H，而浮点数组每个元素占4个字节，所以pf1-pf2的结果为(2000H-2010H)/4=4，表示pf1和 pf2之间相差4个元素。两个指针变量不能进行加法运算。 例如， pf1+pf2是什么意思呢?毫无实际意义。

②两指针变量进行关系运算
指向同一数组的两指针变量进行关系运算可表示它们所指数组元素之间的关系。例如：
pf1==pf2表示pf1和pf2指向同一数组元素
pf1>pf2表示pf1处于高地址位置
pf1b){
pmax=&a;
pmin=&b;}
else{
pmax=&b;
pmin=&a;}
if(c>*pmax) pmax=&c;
if(cb)return a;
else return b;
}
main(){
int max(int a,int b);
int(*pmax)();
int x,y,z;
pmax=max;
printf("input two numbers:\n");
scanf("%d%d",&x,&y);
z=(*pmax)(x,y);
printf("maxmum=%d",z);
}
　　从上述程序可以看出用，函数指针变量形式调用函数的步骤如下：1. 先定义函数指针变量，如后一程序中第9行 int (*pmax)();定义pmax为函数指针变量。

2. 把被调函数的入口地址(函数名)赋予该函数指针变量，如程序中第11行 pmax=max;

3. 用函数指针变量形式调用函数，如程序第14行 z=(*pmax)(x,y);　调用函数的一般形式为： (*指针变量名) (实参表)使用函数指针变量还应注意以下两点：

a. 函数指针变量不能进行算术运算，这是与数组指针变量不同的。数组指针变量加减一个整数可使指针移动指向后面或前面的数组元素，而函数指针的移动是毫无意义的。

b. 函数调用中"(*指针变量名)"的两边的括号不可少，其中的*不应该理解为求值运算，在此处它只是一种表示符号。

指针型函数

前面我们介绍过，所谓函数类型是指函数返回值的类型。 在Ｃ语言中允许一个函数的返回值是一个指针(即地址)， 这种返回指针值的函数称为指针型函数。
定义指针型函数的一般形式为：
类型说明符 *函数名(形参表)
{
…… /*函数体*/
}
其中函数名之前加了“*”号表明这是一个指针型函数，即返回值是一个指针。类型说明符表示了返回的指针值所指向的数据类型。
如：
int *ap(int x,int y)
{
...... /*函数体*/
}
　　表示ap是一个返回指针值的指针型函数， 它返回的指针指向一个整型变量。下例中定义了一个指针型函数 day_name，它的返回值指向一个字符串。该函数中定义了一个静态指针数组name。name 数组初始化赋值为八个字符串，分别表示各个星期名及出错提示。形参n表示与星期名所对应的整数。在主函数中， 把输入的整数i作为实参， 在printf语句中调用day_name函数并把i值传送给形参 n。day_name函数中的return语句包含一个条件表达式， n 值若大于7或小于1则把name[0] 指针返回主函数输出出错提示字符串“Illegal day”。否则返回主函数输出对应的星期名。主函数中的第7行是个条件语句，其语义是，如输入为负数(i%s\n",i,ps);
}
char *day_name(char *name[],int n)
{
char *pp1,*pp2;
pp1=*name;
pp2=*(name+n);
return((n7)? pp1:pp2);
}
下例要求输入5个国名并按字母顺序排列后输出。在以前的例子中采用了普通的排序方法， 逐个比较之后交换字符串的位置。交换字符串的物理位置是通过字符串复制函数完成的。 反复的交换将使程序执行的速度很慢，同时由于各字符串(国名) 的长度不同，又增加了存储管理的负担。 用指针数组能很好地解决这些问题。把所有的字符串存放在一个数组中， 把这些字符数组的首地址放在一个指针数组中，当需要交换两个字符串时， 只须交换指针数组相应两元素的内容(地址)即可，而不必交换字符串本身。程序中定义了两个函数，一个名为sort完成排序， 其形参为指
针数组name，即为待排序的各字符串数组的指针。形参n为字符串的个数。另一个函数名为print，用于排序后字符串的输出，其形参与sort的形参相同。主函数main中，定义了指针数组name 并作了初始化赋值。然后分别调用sort函数和print函数完成排序和输出。值得说明的是在sort函数中，对两个字符串比较，采用了strcmp 函数，strcmp函数允许参与比较的串以指针方式出现。name[k]和name[ j]均为指针，因此是合法的。字符串比较后需要交换时， 只交换指针数组元素的值，而不交换具体的字符串， 这样将大大减少时间的开销，提高了运行效率。
现编程如下：
<font color="#009900">#include"string.h"
main(){
void sort(char *name[],int n);
void print(char *name[],int n);
static char *name[]={ "CHINA","AMERICA","AUSTRALIA",
"FRANCE","GERMAN"};
int n=5;
sort(name,n);
print(name,n);
}
void sort(char *name[],int n){
char *pt;
int i,j,k;
for(i=0;iE6 24 BASIC dbase FORTRAN由于文件名E6 24本身也算一个参数，所以共有4个参数，因此argc取得的值为4。argv参数是字符串指针数组，其各元素值为命令行中各字符串(参数均按字符串处理)的首地址。 指针数组的长度即为参数个数。数组元素初值由系统自动赋予。其表示如图6.8所示：
main(int argc,char *argv){
while(argc-->1)
printf("%s\n",*++argv);
}
本例是显示命令行中输入的参数如果上例的可执行文件名为e24.exe，存放在A驱动器的盘内。
因此输入的命令行为： C:\>a:e24 BASIC dBASE FORTRAN
则运行结果为：
BASIC
dBASE
FORTRAN
　　该行共有4个参数，执行main时，argc的初值即为4。argv的4个元素分为4个字符串的首地址。执行while语句，每循环一次 argv值减1，当argv等于1时停止循环，共循环三次， 因此共可输出三个参数。在printf函数中，由于打印项*++argv是先加1再打印， 故第一次打印的是argv[1]所指的字符串BASIC。第二、 三次循环分别打印后二个字符串。而参数e24是文件名，不必输出。

　　下例的命令行中有两个参数，第二个参数20即为输入的n值。在程序中*++argv的值为字符串“20”，然后用函数"atoi"把它换为整型作为while语句中的循环控制变量，输出20个偶数。
#include"stdlib.h"
main(int argc,char*argv[]){
int a=0,n;
n=atoi(*++argv);
while(n--) printf("%d ",a++*2);
}
　　本程序是从0开始输出n个偶数。指向指针的指针变量如果一个指针变量存放的又是另一个指针变量的地址， 则称这个指针变量为指向指针的指针变量。

　　在前面已经介绍过，通过指针访问变量称为间接访问， 简称间访。由于指针变量直接指向变量，所以称为单级间访。 而如果通过指向指针的指针变量来访问变量则构成了二级或多级间访。在Ｃ语言程序中，对间访的级数并未明确限制， 但是间访级数太多时不容易理解解，也容易出错，因此，一般很少超过二级间访。 指向指针的指针变量说明的一般形式为：
类型说明符** 指针变量名；
例如： int ** pp; 表示pp是一个指针变量，它指向另一个指针变量， 而这个指针变量指向一个整型量。下面举一个例子来说明这种关系。
main(){
int x,*p,**pp;
x=10;
p=&x;
pp=&p;
printf("x=%d\n",**pp);
}
　　上例程序中p 是一个指针变量，指向整型量x；pp也是一个指针变量， 它指向指针变量p。通过pp变量访问x的写法是**pp。程序最后输出x的值为10。通过上例，读者可以学习指向指针的指针变量的说明和使用方法。

　　下述程序中首先定义说明了指针数组ps并作了初始化赋值。 又说明了pps是一个指向指针的指针变量。在5次循环中， pps 分别取得了ps[0]，ps[1]，ps[2]，ps[3]，ps[4]的地址值(如图6.10所示)。再通过这些地址即可找到该字符串。
<font color="#009900">main(){
static char *ps[]={ "BASIC","DBASE","C","FORTRAN",
"PASCAL"};
char **pps;
int i;
for(i=0;i