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C语言中指针的概念和用法是什么,应用有哪些?
Admin发表于 2021-12-23 19:15:3481 次浏览

    这篇文章我们来了解C语言中指针的相关内容,指针是C语言/C++学习中的很重要的知识,也是比较难理解的知识,因此本文就给大家来介绍一下,下文有很详细的介绍,有需要的朋友可以参考,接下来就跟随小编来一起学习一下吧!

前言

    指针是c语言为什么如此流行的一个重要原因,正是有了指针的存在,才使得c/c++能够可以比使用其他语言编写出更为紧凑和有效的程序,可以说,没有掌握指针,就没有权利说自己会用c/c++.然而。然而对于大多数初学者,面对指针这个概念简直是望而生畏,如果前期指针运用的不熟练,后期编写的程序随时都有可能成为一颗定时炸弹,因此今天我就花点时间给大家解释一下我自己对c/c++中指针的理解。

一,内存和地址

    我们知道,计算机内存的每个字节都有一个唯一的地址,CPU每次寻址就是通过固定的步长(这就解释了为什么需要内存对齐)来跳跃进行寻址的。举个例子,我们可以把内存看做是一条长街上的一排房屋,每个房屋都有自己固定的门牌号,每座房屋里面都可以容纳数据,为了读取到某个房屋里面的数据,我们必须知道这个房屋的门牌号,根据这个门牌号来打开这个房间,取走数据。同样,计算机也必须为每个内存字节都编上号码,就像门牌号一样,每个字节的编号是唯一的,根据编号可以准确地找到某个字节。

二,指针的本质就是地址

    当我们在程序中声明一个变量并给这个变量赋值的时候,编译器做了什么呢?实际上,变量名代表内存中的一个存储单元,在编译器对程序编译连接的时候由系统给变量分配一个地址:

int a = 10;

    上面这行代码我们定义并初始化了这个变量a,系统会为a分配一块内存单元,a只是这块内存单元的别名,在程序中从变量中取值,实际上是通过变量名找到相应的内存单元,从其中读取数据。

    假如系统为变量 a 分配的内存地址为0xFF00, 那么我们可以说这个地址就是变量 a 的门牌号。一个变量的地址称为该变量的指针。所以说,指针的本质就是地址,指针变量是一种特殊的变量,它专门保存指针(也即地址),当我们说这个地址对应的内存单元的时候,我们可以说这个指针指向这块内存单元。

例如:

int a = 10;  
int* p = &a;  //定义指针变量 p
*p = 20;      //将指针p指向的值修改为 20

    上面两行代码中,我们首先定义了一个整型变量 a ,然后又定义了一个指针变量 p 指向 a .第二行代码中,符号&代表取地址,相当于把变量a的地址赋值给了指针变量p(p指向a),*加在指针变量前面代表解引用,意思找到指针p指向的值,因此,第三行代码的意思就是讲p指向的值也就是a修改为20.总之一定要记住,符号&代表取值,符号*代表解引用:

符号
意义
&
取地址
*
解引用

这三行代码的内存模型如下:

    我们假设系统给变量 a 分配的内存首地址为2000,我们又声明了一个指针变量p,这个p也是要占用内存空间的(32位系统占用4个字节,64位系统占用8个字节,请思考为什么),只不过这个变量p保存的内容是变量a的地址,也就是2000,当我们想通过p来操纵a的话,首先要根据p保存的地址找到它指向的内容,也就是解引用*p,当*p的内容放生改变的时候,首地址为2000的内存单元存储的值也会做出改变,因此变量当*p被重新赋值为20的时候,变量a的值也会做出改变,变为20.

    由此扩展到二级指针,如果我们再定义一个指针变量q来指向p,那么q就是一个二级指针,因为它指向的对象还是一个指针,只不过比他自己低一级,是一级指针,那么二级指针如何定义呢,请看下面的代码:

int a = 10;
int* p = &a;
int** q = &p;

上面第三行代码就是定义了一个二级指针q,它指向的是一级指针p,而一级指针p又指向了变量a,它的内存模型如下图所示:

    二级指针q保存的内容为一级指针p的地址而非内容,注意p地址是2008,p的内容为2000. 因此对q进行解引用也即*q得出的是p,也就是2008,再对(*q)进行解引用也即*(*q)得出的才是变量a的值,由于运算符的结合性自右向左,因此括号可以省略,也即**q才是a的值。我们可以编写代码试一下:

cout <<"a的值为:"<< **q << endl;

    我们观察一下输出结果:

    没错,输出的结果完全正确。

    由此再扩充到多级指针,二级指针是指向一级指针的指针,那么n级指针便是指向n-1级指针的指针,以此类推。

三,常量指针与指针常量

    请看下面两行代码:

int a = 10;
const int * p1 = &a;    //常量指针
int * const p2 = &a;    //指针常量

    上面第二行代码中的p1是一个常量指针,就是指向常量的指针变量。意味着它指向的值不可以修改,但是指针的指向可以修改:

int a = 10;
int b = 20;
const int * p1 = &a;    //常量指针
*p1 = 100;  //错误,常量指针指向的值不可以修改
p1 = &b;   //正确

    而对于指针常量,它本质是一个常量,但是由指针修饰。意味着它指向的值可以修改,但是指针的指向不可修改,与常量指针刚刚相反:

int a = 10;
int b = 20;
int * const p1 = &a;    //指针常量
*p1 = 100;  //正确
p1 = &b;   //错误,指针的指向不可以修改

    因此,我们总结下:


名称
意义
特点
const int * p
常量指针
指向可修改,指向的值不可修改
int * const p
指针常量
指向不可修改,指向的值可修改

四,指针与数组

    我们知道,一维数组名本身就是一个指针,但是在使用的过程中要小心,因为这个指针分为指向数组首元素的指针与指向整个数组的指针,那么如何区分它们呢?我们来看下面几行代码:

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* p1 = arr;
int* p2 = &arr[0];
int* p3 = &arr;    //报错

    上面三行代码中,其中p1与p2是等价的,因为数组名arr本身就是一个指针,但是这个指针不是指向整个数组,而是指向数组的首元素的地址。第四行直接报错,因为&arr指的是整个数组的指针,不能把数组指针赋值给整形指针。虽然arr与&arr在数值上是相同的,但是两者意义不同。意味着&arr它的步长为整个数组,而对于arr,步长为单个元素。

    所以,我们得出结论,对于一维数组arr:

名称
意义
步长
arr
指向数组首元素
单个元素
&arr[0]
指向数组首元素 单个元素
&arr
指向整个数组
整个数组

    在定义了指向数组首元素的指针变量后,我们可以通过这个指针变量来访问数组元素:

  int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
  int* p1 = arr;
  int length = sizeof(arr) / sizeof(int);
  for (int i = 0; i < length; i++)
  {
    cout << p1[i] << endl;
    cout << *(p1 + i) << endl;
  }

    上面几行代码中,p1[i]与*(p1+i)两者是等价的,所以输出的结果一样。但是要注意,当用sizeof操作符操作arr的时候,这个时候不能把arr当做一个指针来对待,因为sizeof操作数组的时候它返回的是数组的字节长度,而单个指针变量只占用四个字节。上面循环体中,我们也可以通过下面方式访问:

cout << *p1++ << endl;  
cout << *(p1++) << endl;

    *p1++与*(p1++)是等价的,这是因为++的运算符优先级比*要高,因此不管你加不加括号,都会优先执行p++,然而p++是先返回p的值,再与*结合,最后p再向后移动一位。

    不过在这里要特别注意,有一种情况下我们是不能通过sizeof操作符来计算数组的长度的,就是当数组名作为函数参数传递的时候:

void test(int arr[])
{
  int lenth = sizeof(arr) / sizeof(int);
}

    上面这行代码语法上没有问题,但是得出的结果却不是我们想要的结果,为什么呢,这是因为数组名作为函数传递的时候,会退化成一个指针,如果是二维数组的话,会退化成指向一维数组的指针,所以sizeof(arr)计算出来的结果就不是数组的字节长度了。所以说,在c/c++中传递数组的时候,一般我们也会把数组的长度作为形参传递过去。

    但是我们不能通过下面方式去访问数组元素:

cout << *arr++ << endl;    //报错

    这是因为arr本身是一个指针常量,指针的指向不可更改,因此编译器直接报错。

五,数组指针与指针数组

    数组指针顾名思义,本质就是一个指针,这个指针指向整个数组;指针数组本质上是一个数组,但是数组的每个元素都是指针。请看下面两行代码:

int *p1[10];    //指针数组
int (*p2)[10];  //数组指针

    上面两行代码,p1是一个数组,而p2却是一个指针,它指向一个匿名数组。为什么是这样呢?这是因为[]的优先级比*要高。p1 先与[]结合,构成一个数组的定义,数组名为p1,int *修饰的是数组的内容,即数组的每个元素。那现在我们清楚,这是一个数组,其包含10 个指向int 类型数据的指针,即指针数组。至于p2 就更好理解了,在这里括号的优先级比[]高,*号和p2 构成一个指针的定义,指针变量名为p2,int 修饰的是数组的内容,即数组的每个元素。数组在这里并没有名字,是个匿名数组。那现在我们清楚p2 是一个指针,它指向一个包含10 个int 类型数据的数组,即数组指针。

    p1为数组名,每个元素都是int型指针

    p2为指针变量,指向一个匿名数组

如果我们定义:

int(*p)[10] = &arr;

    那么如何访问数组的元素呢?且看,由于上行代码中,p=&arr,那么对其解引用,*p就是arr,因此我们可以通过(*p)[]来进行访问数组的元素:

for(int i = 0; i < 10; i++)
{
  cout<< (*p)[i] << endl;
}

六,指针函数与函数指针

    指针函数顾名思义,他是一个函数,但返回值是一个指针,例如下面这几行代码:

int* test()
{
  int a = 10;
  int* p = &a;
  return p;
}

    这个test就是一个指针函数,它返回的是一个int型的指针。

    函数指针本质是一个指针,这个指针指向一个函数,那么我们如何定义函数指针呢?请看下面代码:

int myAdd(int a, int b)
{
  return a + b;
}
void test()
{
  int(*pFun)(int, int) = myAdd;    //定义一个函数指针
  cout << (*pFun)(2, 5) << endl;    //用函数指针调用函数
  cout << pFun(2, 5) << endl;      //用函数指针调用函数
}

    上面test函数代码中,我们定义了一个函数指针,在最后进行调用函数的时候,有两种方法,一种是用*pFun来调用,一种是直接用pFun来调用,可见两种方法结果都一样。

    最后,我们来看个比较混合指针复杂的案例:

char *(* c[10])(int **p);

    乍一看,让人眼花缭乱,不知道是什么东西,在这里请大家记住一个规则:C语言标准规定,对于一个符号的定义,编译器总是从它的名字开始读取,然后按照优先级顺序依次解析。注意是从名字开始,不是从开头也不是从末尾,这是理解复杂指针的关键。

    有了上面的规则,我们来逐步剖析上面哪行代码的意义:

    首先从*c[10]开始,由于[]的优先级比*高,因此,*c[10]代表一个指针数组,每个元素都是指针,但类型还不知道。再看右边的(int** p),它是一个函数,参数为一个二级指针。最左边char* 代表这个函数的返回类型。因此,整行代码的含义就是:c 是一个拥有 10 个元素的指针数组,数组每个元素指向一个原型为char *(int **p)的函数。

总结

    现在大家对于C语言中指针的概念和用法应该都清楚了吧,上述示例有一定的借鉴价值,有需要的朋友可以参考学习,希望对大家学习C语言有帮助,想要了解更多大家可以关注群英网络其它相关文章。

文本转载自脚本之家

标签: c语言指针
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