第十章指针

第十章指针指针是Ｃ语言的重要概念之一，它使Ｃ语言比之其它程序设计语言更具特色。因此，掌握指针是深入理解Ｃ语言特性和掌握Ｃ语言编程技巧的重要环节，也是学习使用Ｃ语言的难点。正确而灵活地使用指针，可以有效地描述各种复杂的数据结构，能够动态地分配内存空间，能够方便地操作字符串，还可以自由地在函数之间传递各种类型的数据，使程序简洁、紧凑，执行效率高。上一页下一页10.1指针基本概念10.1.1指针与指针变量指针是一种数据类型，它是一个变量在内存中所对应单元的地址。指针变量是存储另一个变量的地址变量，也就是存放地址的变量。高级语言中的变量具有三个属性：变量的名、变量的值和变量的地址。在程序中，我们需要定义一个变量时，首先要定义变量的数据类型，数据类型决定了一个变量在内存中所占用的存储空间的大小。其次要定义变量名。Ｃ语言的编译系统会根据变量的类型在适当的时候为指定的变量分配内存单元，在确定了变量的地址之后，就可以通过变量名对内存中变量对应的地址进行操作。对编程者来说，要使用变量名进行程序设计。在计算机的内部，所有的内存单元都要统一进行编号，即：所有的内存单元都要有地址，每一内存单元具有唯一的内存地址。系统为每一个已定义的变量分配一定存储空间，使变量名与内存的一个地址相对应，为一个变量进行赋值操作，实质就是要将变量的值存入系统为该变量名分配的内存单元中，即：变量的值要存入变量名对应的内存地址中。程序运行需要进行运算时，要根据地址取出变量所对应的内存单元中存放的值，参加各种计算，计算结果最后还要存入变量名对应的内存单元中。例如：inti;scanf(%d,&i);/*将键盘输入的整数送到内存上i的地址中*/printf(%d,i);/*通过变量名访问变量i*/这种通过变量名访问数据的方式称为直接访问。如果将变量i的地址存放在另一个变量p中，通过访问变量p，间接达到访问变量i的目的，这种方式称为变量的间接访问。保存其他变量地址的变量就称为指针变量。因此，我们可以认为：指针是用于指向其他变量的变量。如果有一个字符型变量c，其值为字符'A'，存放在单元地址为1000的内存中，而该数据存放的地址1000又存放在内存中地址为2000的单元中。要取出变量ｃ的值'A'，既可以通过使用变量ｃ直接访问，也可以通过变量ｃ的地址间接访问。间接访问变量ｃ的方法是：从地址为2000的内存单元中，先找到变量ｃ在内存单元中的地址1000，再从地址为1000的单元中取出ｃ的值Ａ，这种对应关系如图10-1所示。若将地址为2000的内存单元分配给变量pc，地址2000存放变量ｃ的地址，则称pc为指针变量，指针变量（简称为指针）pc指向变量c，也称作指针变量pc所指的对象是变量c。变量c的值为字符'A'，指针变量pc的值为地址1000，而指针变量pc的内容为字符'A'。指针变量pc与字符型变量c的区别在于：c的值是'A'，是内存单元1000的内容；而指针变量pc是存放变量c的地址，通过pc可间接取得变量c的值。要注意区分值与内容的含义。指针就是地址，该地址就是某个变量在内存单元中对应的存放位置。这种间接存取关系反映了指针的特性。指针用于存放其他数据的地址，那么指针都可以引用那些数据呢？当指针指向变量时，利用指针可以引用该变量；当指针指向数组时，利用指针可以访问数组中的所有元素；指针还可以指向函数，存放函数的入口地址，利用指针调用该函数；指针指向结构体（请参见第十一章），引用结构体变量的成员。上一页下一页10.2指针与函数我们知道在函数之间可以传递一般的变量的值，在函数之间同样可以传递地址（指针）。函数与指针之间有着密切的关系，它包含三种含义：指针作为函数的参数，函数的返回值为指针以及指向函数的指针。10.2.1指针作函数的参数变量的地址属性是变量的一个重要特性，知道了变量的地址就可以通过地址间接访问变量的数值，变量的地址在C语言中就是指针，通过地址间接访问变量的数值就是通过指针间接访问指针所指的内容。指针作函数的参数就是在函数间传递变量的地址。在函数间传递变量地址时，函数间传递的不再是变量中的数据，而是变量的地址。此时，变量的地址在调用函数时作为实参，被调用函数使用指针变量作为形参接收传递的地址。这里实参的数据类型要与作为形参的指针所指的对象的数据类型一致。例10-2：使用函数plus求两个数的和。#includestdio.hmain(){inta,b,c;printf(EnterAandB);scanf(%d%d,&a,&b);c=plus(&a,&b);/*调用plus函数的实参为变量a和b的地址*/printf(A+B=%d,c);}plus(px,py)int*px,*py;/*形式参数px和py为指向整型的指针*/{return(*px+*py);/*返回两个整数的和*/}函数plus的两个形参变量px和py是指针型变量，它们所指的内容为整型（也可以称变量px和py是指向整型的指针型变量）。在调用plus时，实参一定要是整型变量的地址。在main调用plus时的实参是&a和&b，其中的&运算符为取变量的地址。在plus函数中，采用*px+*py计算两个数的和，*运算符为取指针的内容，*px+*py的含义就是指针px所指的内容加指针py所指的内容，即计算两个整数a和b的和。在第九章中我们知道，函数调用结束时返回一个结果，称为函数的返回值，然而函数的返回值只能有一个，如果试图用一个函数交换主函数main中两个变量值，并将交换的结果返回主函数，使用普通变量做函数参数是无法实现所要求的功能，现在我们可用传递地址的方式完成，即使用指针做函数的参数。例10-3：用函数交换函数main中两个变量的值。#includestdio.hmain(){inta,b;a=5;b=10;printf(beforeswapa=%d,b=%d\n,a,b);swap(&a,&b);/*调用swap时实参为变量a和b的地址*/printf(afterswapa=%d,b=%d\n,a,b);}swap(px,py)/*交换两个指针所指的内容*/int*px,*py;/*形参px和py为指向整型的指针*/{inttemp;/*说明函数内部使用的临时变量*/temp=*px;/*将指针变量px的内容赋给变量temp*/*px=*py;/*将指针变量py的内容赋给指针变量px的内容*/*py=temp;/*将变量temp的值赋给指针变量py的内容*/printf(inswapx=%d,y=%d\n,*px,*py);}程序中，swap函数的形参为指向整型的指针，调用swap函数的实参为整型变量的地址。调用swap函数后，指针变量px中存入变量a的地址，指针变量py中存入变量b的地址，指针变量px指向变量a，指针变量py指向变量b，其各个变量的状态和相互关系可用图10-3描述。调用swap函数，首先执行语句temp=*px，将指针px所指的内容存入临时变量temp中；然后执行语句*px=*py，将指针py所指的内容存入指针px所指的变量中；最后执行语句*py=temp，将临时变量temp暂存的数据送入指针py所指的变量中；从而完成交换两个变量值的操作。swap函数的整个执行过程和各个变量值的变化过程可用图10-4描述。图10-4swap函数的执行过程和各个变量的值的变化过程运行程序结果如下：beforeswapa=5,b=10inswapx=10,y=5afterswapa=10,b=5在程序中要注意语句*px=*py，它的含义是取指针变量py的内容赋给指针变量px所指的变量中，即该语句实现对指针变量所指内容之间的相互赋值。而与语句px=py的含义与上面是根本不同的，它的含义是将指针变量py的值赋给指针变量px，即实现的是指针变量之间的相互赋值。指针变量所指单元的内容（简称指针的内容）与指针变量的值（简称指针的值）是根本不同的。前者是通过指针取指针所指向单元的变量的值，后者是指针变量本身的值（即指针变量中存的地址）。初学者要特别注意区别。程序中的变量temp不能说明为指针int*temp，原因请读者自己分析。上一页下一页10.3数组与指针10.3.1通过指针引用一维数组中的元素在Ｃ语言中，指针和数组有着紧密的联系，其原因在于凡是由数组下标完成的操作皆可用指针来实现。在数组中我们已经知道，可以通过数组的下标唯一确定了某个数组元素在数组中的顺序和存储地址，这种访问方式也称为下标方式。例如：inta[5]={1,2,3,4,5},x,y;x=a[2];/*通过下标将数组a下标为2的第3个元素的值赋给x，x=3*/y=a[4];/*通过下标将数组a下标为4的第5个元素的值赋给y，y=5*/由于每个数组元素相当于一个变量，因此指针变量既然可以指向一般的变量，同样也可以指向数组中的元素，也就是可以用指针方式访问数组中的元素。例10-6：分析程序的运行过程和结果。#includestdio.hmain(){inta[]={1,2,3,4,5};intx,y,*p;/*指针变量p*/p=&a[0];/*指针p指向数组a的元素a[0]，等价于p=a*/x=*(p+2);/*取指针p+2所指的内容，等价于x=a[2]*/y=*(p+4);/*取指针p+4所指的内容，等价于y=a[4]*/printf(*p=%d,x=%d,y=%d\n,*p,x,y);}语句p=&a[0]表示将数组a中元素a[0]的地址赋给指针变量p，则p就是指向数组首元素a[0]的指针变量，&a[0]是取数组首元素的地址。Ｃ语言中规定，数组第1个（下标为0）元素的地址就是数组的首地址，同时C中还规定，数组名代表的就是数组的首地址，所以，该语句等价于p=a；。注意，数组名代表的一个地址常量，是数组的首地址，它不同于指针变量。对于指向数组首地址的指针p，p+i（或a+i）是数组元素a[i]的地址，*(p+i)(或*(a+i))就是a[i]的值，其关系如图10-5所示。指针方式数组a下标方式数组a指针方式p=&a[0]*(p)=1a[0]*(a+0)=1a*(p+1)=2a[1]*(a+1)=2p+2*(p+2)=3a[2]*(a+2)=3a+2*(p+3)=4a[3]*(a+3)=4p+4*(p+4)=5a[4]*(a+4)=5a+4图10-5指针操作与数组元素的关系对数组元素的访问，下标方式和指针方式是等价的，但从Ｃ语言系统内部处理机制上讲，指针方式效率高。需要注意的是：指针方式不如下标方式直观。下标方式可以直截了当地看出要访问的是数组中的哪个元素；而对于指向数组的指针变量，进行运算以后，指针变量的值改变了，其当前指向的是哪一个数组元素不再是一目了然。例10-7：分析程序。main(){inta[]={1,2,3,4,5,6};int*p;p=a;/*指针p为数组的首地址*/printf(%d,*p);printf(%d\n,*(++p));/*以下两个语句等价*/printf(%d,*++p);printf(%d\n,*(p--));/**(p--)等价于*p--*/p+=3;printf(%d%d\n,*p,*(a+3));}运行结果：123354此例中指向数组a与指针变量p的指向变化情况见图10-6。注意，第2个printf语句中的*(++p)，是先使指针p自增加１，再取指针p值作*运算，它的含义等价于第3个printf语句中的*++p。而*(p--)是先取指针p值作*运算，再使指针p自减减１。用指针方式实现对数组的访问是很方便的，可以使源程序更紧凑、更清晰。上一页下一页10.4指针与字符串10.4.1字符数组与字符指针在第八章中我们已经详细讨论了字符数组与字符串，字符指针也可以指向一个字符串。我们可以用字符串常量对字符指针进行初始化。例如，有说明语句：char*str=Thisisastring.;是对字符指针进行初始化。此时，字符指针指向的是一个字符串常量的首地址，即指向字符串的首地址。这里要注意字符指针与字符数组