第七章指针

第七章指针指针是C语言的精华所在，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,如果你不能用指针编写有效、正确和灵活的程序,可以认为你没有学好C语言。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,极大地丰富了Ｃ语言的功能。同样指针对于成功地进行C++程序设计也是非常重要的。指针功能最强，同时也是最危险的，所以一定要从掌握指针的原理、机制入手，勤加练习，学会在各种情况下正确地使用指针变量，用指针编写出有效、正确和灵活的程序。7.1指针的概念7.1.1内存地址和变量地址内存地址是指内存中存储单元的编号，计算机硬件系统的内存储器中，拥有大量的存储单元（容量为１字节）。为了方便管理，必须为每一个存储单元编号，这个编号就是存储单元的“地址”。每个存储单元都有一个惟一的地址，在地址所标识的存储单元中存放数据。注意：内存单元的地址与内存单元中的数据是两个完全不同的概念。变量地址是系统分配给变量的内存单元的起始地址。假设有这样一个程序：main(){intnum;scanf(%d,&num);printf(num=%d\n,num);}C编译程序编译到该变量定义语句时，将变量num登录到“符号表”中。符号表的关键属性有两个：一是“标识符名（id）”，二是该标识符在内存空间中的“地址（addr）”。为描述方便，假设系统分配给变量num的2字节存储单元为3000和3001，则起始地址3000就是变量num在内存中的地址。系统对变量的值的存取是通过变量在内存中的地址进行的，如系统执行“scanf(”%d“,&num);”和“printf(”num=%d\n“,num);”时，存取变量num值的方式可以有两种：(1)直接访问──直接利用变量的地址进行存取1)上例中scanf(“%d”,&num)的执行过程是这样的：用变量名num作为索引值，检索符号表，找到变量num的起始地址3000；然后将键盘输入的值（假设为３）送到内存单元3000和3001中。此时，变量num在内存中的地址和值，如图9-1所示。2）printf(num=%d\n,num)的执行过程，与scanf()很相似：首先找到变量num的起始地址3000，然后从3000和3001中取出其值，最后将它输出。（2）间接访问──通过另一变量访问该变量的值Ｃ语言规定：在程序中可以定义一种特殊的变量（称为指针变量），用来存放其它变量的地址。例如，假设定义了这样一个指针变量num_pointer，它被分配到4000、4001单元，其值可通过赋值语句“num_pointer=＆num；”得到。此时，指针变量num_pointer的值就是变量num在内存中的起始地址3000。通过指针变量num_pointer存取变量num值的过程如下：首先找到指针变量num_pointer的地址（4000），取出其值3000（正好是变量num的起始地址）；然后从3000、3001中取出变量num的值。（3）两种访问方式的比较两种访问方式之间的关系，可以用某人甲（系统）要找某人乙（变量）来类比。一种情况是，甲知道乙在何处，直接去找就是（即直接访问）。另一种情况是，甲不知道乙在哪，但丙（指针变量）知道，此时甲可以这么做：先找丙，从丙处获得乙的去向，然后再找乙（即间接访问）。7.1.2指针变量的定义变量的指针就是变量的地址，我们可以定义一个指向一个变量的指针变量，也就是说指针变量就是存储其他变量地址的变量。指针与指针变量的区别就是变量值与变量的区别。我们学过基本的数据类型，如int,float,char,double等，其中每一种基本数据类型都有相应的指针变量。在C++中与C语言不同的是，C++有const数据类型，因为常量是有地址的，所以我们在C++中可以定义const指针变量。7.1.2.1指针变量的定义C语言中所有的指针变量在使用之前都必须定义，规定起类型。指针变量不同与整形变量和其他类型的变量，它是用来专门存放地址的，必须将它定义为“指针类型”。指针变量的一般定义为:类型标识符*标识符;其中标识符是指针变量的名字,标识符前加了*号，表示该变量是指针变量，而最前面的类型标识符表示该指针变量所指向的变量的类型。一个指针变量只能指向同一种类型的变量，也就是讲，我们不能定义一个指针变量，既能指向一个整型变量又能指向双精度变量。下面都是合法的定义：float*pointer_1;（指向实型变量的指针变量）const*pointer_2;（指向常量的指针变量）在定义指针变量时要注意标识符前面的“*”不能漏掉，它表示该变量为指针变量。但指针变量名并不是*pointer_1，*pointer_2，而是pointer_1，pointer_2。指针变量在定义中允许带初始化项。如:inti,*ip=&i;注意,这里是用&i对ip初始化,而不是对*ip初始化。和一般变量一样,对于外部或静态指针变量在定义中若不带初始化项,指针变量被初始化为NULL,它的值为0。TurboC中规定,当指针值为零时,指针不指向任何有效数据,有时也称指针为空指针。7.1.2.2指针变量的运用1相关运算符有两个相关的运算符：1）&：取地址运算符。2）*：指针运算符（或称“间接访问”运算符）例如：&test为变量test的地址，*ptr为指针变量ptr所指向的变量。2指针变量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语言中用我们在前面介绍的地址运算符&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inta;int*p=&a;(2)赋值语句的方法inta;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。3间接引用指针“*”是乘法，又可以用于定义指针，现在在这里用于指针的简介引用。间接引用指针时可获得该指针指向变量的内容。当*放在可执行语句中的指针之前，称为间接用操作符，*放在指针定义中时，称为指针定义符。例如，下面的程序间接引用指针str，输出sum的内容：#includeiostreanm.hvoidmain(){int*str;intsum=110;str=∑cout*strendl;}运行结果为：110该运行结果就是指针str所指向的变量sum中的内容。间接引用的指针可用于运算符的左边，也可用于运算符的右边，例如，上例中，我们可通过str改变变量sum的原始值：*str=340;countsumendl;改变*str就是改变sum。所以其输出结果为340。4指针运算指针允许的运算方式有：(1).指针在一定条件下，可进行比较，这里所说的一定条件，是指两个指针指向同一个对象才有意义，例如两个指针变量p,q指向同一数组,则，，=，=，==等关系运算符都能正常进行。若p==q为真，则表示p，q指向数组的同一元素；若pq为真，则表示p所指向的数组元素在q所指向的数组元素之前(对于指向数组元素的指针在下面将作详细讨论)。(2).指针和整数可进行加、减运算。设p是指向某一数组元素的指针，开始时指向数组的第0号元素，设n为一整数,则p+n就表示指向数组的第n号元素(下标为n的元素)。不论指针变量指向何种数据类型，指针和整数进行加、减运算时，编译程序总根据所指对象的数据长度对n放大，在一般微机上，char放大因子为1，int、short放大因子为2，long和float放大因子为4，double放大因子为8。当然＋＋，――自加、自减运算符也同样适应于指针。(3).两个指针变量在一定条件下，可进行减法运算。设p，q指向同一数组，则p-q的绝对值表示p所指对象与q所指对象之间的元素个数。其相减的结果遵守对象类型的字节长度进行缩小的规则。7.2数组的指针和指向数组的指针变量7.2.1概述1.概念数组的指针就是数组在内存中的起始地址，数组元素的指针就是数组元素在内存中的起始地址。数组中第一个元素的内存地址等于数组的内存地址。2.指向数组的指针变量的定义与赋值指向数组的指针变量的定义，与指向普通变量的指针变量的定义方法一样。例如，intarray[10],*pi=array(或&array[0]);或者：intarray[10],*pi;pi＝array;注意：数组名代表数组在内存中的起始地址（与第1个元素的地址相同），所以可以用数组名给指针变量赋值。但是数组名并不代表整个数组，上面的“pi＝array”的作用是把array数组的首地址赋给指针变量pi，而不是把数组array各元素赋给pi。数组名是指针常量，在程序中不能给数组名赋值，对编译器来说，数组名表示内存中分配了数组的固定位置，修改了这个数组名，就会丢失数组空间，所以数组名所代表的地址不能被修改。7.2.2通过指针引用数组元素如果有“intary[10],*p=ary;”，则：（1）p+i和ary+i都是数组元素ary[i]的地址，如图7-1所示。（2）*(p+i)和*(ary+i)就是数组元素ary[i]。（3）指向数组的指针变量，也可将其看作是数组名，因而可按下标法来使用。例如，p[i]等价于*(p+i)。注意：p+1指向数组的下一个元素，而不是简单地使指针变量p的值+1。其实际变化为pointer+1*size(size为一个元素占用的字节数)。例如，假设指针变量p的当前值为3000，则p+1为3000+1*2=3002，而不是3001。Ary[0]Ary[1]Ary[2]Ary[i]Ary[9]Ary数组PP+1ary+1ary+iP+iary+9P+9图7-1*(ary+i)根据以上的叙述，引用一个数组元素，可以用下标法，如ary[i]形式；也可用指针法，如*(ary+i)或*(p+i)。其中ary是数组名，p是指向数组的指针变量，其初值p=ary。[例7.1]使用指向数组的指针变量来引用数组元素。/*程序功能：使用指向数组的指针变量来引用数组元素*/1.下标法main(){intary[10],*p=ary,i;printf(“Input10numbers:”);for(i=0;i10;i++)scanf(“%d”,&ary[i]);/*使用指针变量来输入数组元素的值*/printf(“ary[10]:”);for(i=0;i10;i++)printf(“%d”,a[i]);/*使用指向数组的指针变量输出数组*/printf(“\n”);}2通过计算各个数组元素地址，找出元素的值。main(){intary[10],*p=ary,i;printf(“Input10numbers:”);for(i=0;i10;i++)scanf(“%d”,p+i);/*使用指针变量来输入数组元素的值*/printf(“ary[10]:”);for(i=0;i10;i++)printf(“%d”,*(p+i));/*使用指向数组的指针变量输出数组*/printf(“\n”);}3用指针变量指向数组元素main(){intary[10],*p=ary,i;printf(“Input10numbers:”);for(i=0;i10;i++)scanf(“%d”,p+i);/*使用指针变量来输入数组元素的值*/printf(“ary[10]:”);for(i=0;i10;p++)printf(“%d”,*p);/*使用指向数组的指针变量输出数组*/printf(“\