C 指针

指针介绍

指针是一个变量,其值为另一个变量的地址,即,内存位置的直接地址。就像其他变量或常量一样,必须在使用指针存储其他变量地址之前,对其进行声明。

指针变量声明的一般形式为:

type *var-name;

在这里,type 是指针的基类型,它必须是一个有效的 C 数据类型,var-name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是,在这个语句中,星号是用来指定一个变量是指针。

如下为有效的指针声明:

int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
char   *ch;     /* 一个字符型的指针 */

所有指针的值的实际数据类型,不管是整型、浮点型、字符型,还是其他的数据类型,都是一样的,都是一个代表内存地址的长的十六进制数。不同数据类型的指针之间唯一的不同是,指针所指向的变量或常量的数据类型不同。

使用指针

使用指针时会频繁进行以下几个操作:定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 * 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。

实例:

#include <stdio.h>
int main (){
   int  var = 20;   /* 实际变量的声明 */
   int  *ip;        /* 指针变量的声明 */
 
   ip = &var;  /* 在指针变量中存储 var 的地址 */
 
   printf("Address of var variable: %p\n", &var  ); 
   /* 在指针变量中存储的地址 */
   printf("Address stored in ip variable: %p\n", ip ); 
   /* 使用指针访问值 */
   printf("Value of *ip variable: %d\n", *ip ); 
   return 0;
}

运行案例

空指针

在变量声明的时候,如果没有确切的地址可以赋值,为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。

NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。

实例:

#include <stdio.h>
 int main (){
   int  *ptr = NULL; 
   printf("ptr 的地址是 %p\n", ptr  ); 
   return 0;
}

运行案例

说明:以上实例中ptr的地址为0x0。

在大多数的操作系统上,程序不允许访问地址为 0 的内存,因为该内存是操作系统保留的。然而,内存地址 0 有特别重要的意义,它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例,如果指针包含空值(零值),则假定它不指向任何东西。

如果需要检查一个空指针,可以使用if语句:

if(ptr)     /* 如果 p 非空,则完成 */
if(!ptr)    /* 如果 p 为空,则完成 */

指针的算术运算

C指针是一个用数值表示的地址,可以对指针执行算术运算,可以对指针进行四种算术运算:++、--、+、-。

假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针,是一个 32 位的整数,对该指针执行下列的算术运算:

ptr++

在执行完上述的运算之后,ptr 将指向位置 1004,因为 ptr 每增加一次,它都将指向下一个整数位置,即当前位置往后移 4 个字节。这个运算会在不影响内存位置中实际值的情况下,移动指针到下一个内存位置。如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符,上面的运算会导致指针指向位置 1001,因为下一个字符位置是在 1001。

递增一个指针

实例:

#include <stdio.h>
const int MAX = 3;
int main (){
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int  i, *ptr;

   /* 指针中的数组地址 */
   ptr = var;
   for ( i = 0; i < MAX; i++)
   {

      printf("存储地址:var[%d] = %x\n", i, ptr );
      printf("存储值:var[%d] = %d\n", i, *ptr );

      /* 移动到下一个位置 */
      ptr++;
   }
   return 0;
}

运行案例

说明:递增变量指针,以便顺序访问数组中的每一个元素。

递减一个指针

实例:

#include <stdio.h>
const int MAX = 3;
int main (){
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int  i, *ptr;

   /* 指针中最后一个元素的地址 */
   ptr = &var[MAX-1];
   for ( i = MAX; i > 0; i--)
   {

      printf("存储地址:var[%d] = %x\n", i-1, ptr );
      printf("存储值:var[%d] = %d\n", i-1, *ptr );

      /* 移动到下一个位置 */
      ptr--;
   }
   return 0;
}

运行案例

指针的比较

指针可以用关系运算符进行比较,如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量,比如同一个数组中的不同元素,则可对 p1 和 p2 进行大小比较。

实例:

#include <stdio.h>
const int MAX = 3;
int main (){
   int  var[] = {10, 100, 200};
   int  i, *ptr;

   /* 指针中第一个元素的地址 */
   ptr = var;
   i = 0;
   while ( ptr <= &var[MAX - 1] )
   {

      printf("Address of var[%d] = %x\n", i, ptr );
      printf("Value of var[%d] = %d\n", i, *ptr );

      /* 指向上一个位置 */
      ptr++;
      i++;
   }
   return 0;
}

运行案例

说明:只要变量指针所指向的地址小于或等于数组的最后一个元素的地址 &var[MAX - 1],则把变量指针进行递增。

指针数组

有一种情况,想要让数组存储指向 int 或 char 或其他数据类型的指针。

下面是一个指向整数的指针数组的声明:

int *ptr[MAX];

在这里,把 ptr 声明为一个数组,由 MAX 个整数指针组成。因此,ptr 中的每个元素,都是一个指向 int 值的指针。

实例:

#include <stdio.h>
 const int MAX = 3; 
int main (){
   int  var[] = {10, 100, 200};   
   int i, *ptr[MAX]; 
   for ( i = 0; i < MAX; i++)
   {
      ptr[i] = &var[i]; /* 赋值为整数的地址 */
   }
   for ( i = 0; i < MAX; i++)
   {
      printf("Value of var[%d] = %d\n", i, *ptr[i] );   
    }
   return 0;
}

运行案例

指向指针的指针

指向指针的指针是一种多级间接寻址的形式,或者说是一个指针链。通常,一个指针包含一个变量的地址。当定义一个指向指针的指针时,第一个指针包含了第二个指针的地址,第二个指针指向包含实际值的位置。

一个指向指针的指针变量必须如下声明,即在变量名前放置两个星号。例如,下面声明了一个指向 int 类型指针的指针:

int **var;

实例:

#include <stdio.h>
 int main (){
   int  var;
   int  *ptr;
   int  **pptr;

   var = 3000;

   /* 获取 var 的地址 */
   ptr = &var;

   /* 使用运算符 & 获取 ptr 的地址 */
   pptr = &ptr;

   /* 使用 pptr 获取值 */
   printf("Value of var = %d\n", var );
   printf("Value available at *ptr = %d\n", *ptr );
   printf("Value available at **pptr = %d\n", **pptr);

   return 0;
}

运行案例

传递指针给函数

C语言允许传递指针给函数,只需要声明函数参数为指针类型即可。

实例:

#include <stdio.h>
#include <time.h>
 void getSeconds(unsigned long *par);
 int main (){
   unsigned long sec;
   
   getSeconds( &sec );

   /* 输出实际值 */
   printf("Number of seconds: %ld\n", sec );

   return 0;}void getSeconds(unsigned long *par){
   /* 获取当前的秒数 */
   *par = time( NULL );
   return;
}

运行案例

说明:传递一个无符号的 long 型指针给函数,并在函数内改变这个值。

从函数返回指针

C允许从函数返回指针,为了做到这点,必须声明一个返回指针的函数。

语法:

int * myFunction(){
...
}

C 语言不支持在调用函数时返回局部变量的地址,除非定义局部变量为 static 变量。

实例:

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
/* 要生成和返回随机数的函数 */
int * getRandom( ){
   static int  r[10];
   int i;
 
   /* 设置种子 */
   srand( (unsigned)time( NULL ) );
   for ( i = 0; i < 10; ++i)
   {
      r[i] = rand();
      printf("%d\n", r[i] );
   }
 
   return r;
}
 /* 要调用上面定义函数的主函数 */
 int main (){
   /* 一个指向整数的指针 */
   int *p;
   int i;

   p = getRandom();
   for ( i = 0; i < 10; i++ )
   {
       printf("*(p + [%d]) : %d\n", i, *(p + i) );
   }
 
   return 0;
}

运行案例

说明:以上函数会生成 10 个随机数,并使用表示指针的数组名(即第一个数组元素的地址)来返回它们。

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