C语言-指针
C语言-指针
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。
地址指针的基本概念
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。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第找到该内存单元。内存单元的编号也叫做地址。既然根据内存单元的编号或者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。账号就是存单的指针，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，其中存到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者称为某内存单元的指针。
如上图所示，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（地址用十六进制数表示）。设有指针变量p，内容011A，这种情况我们称为p指向变量C，或者说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，是变量。但常把指针变量简称为指针。为了避免混淆，我们约定：“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。也可以是其他数据结构的地址。在一个指针变量中存放一个数组或者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。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，程序本身也精炼、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”虽然实际上也是一种地址，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”概念的原因。
变量的指针和指向变量的指针变量
变量的指针就是变量的地址。存放变量地址的变量是指针变量。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变量的地址或称为某变量的指针。
为了表示指针变量和它所指向的变量之间的关系，在程序中用''符号表示‘指向’，例如i_pointer代表指针变量，而i_pointer是i_pointer所指向的变量。
因此下面两个语句作用相同：
i=3;
*i_pointer=3;
第二个语句的含义是将3赋给指针变量i_pointer所指向的变量。
- 定义一个指针变量
对指针变量的定义包括三个内容：- 指针类型说明，即定义变量为一个指针变量；
- 指针变量名；
- 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。
又如：
int *p2;//p2是指向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。
- 指针变量的引用
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，决不能赋予任何其他数据，否则将引起错误。在C语言中，变量的地址是由
编译系统系统分配的。对用户完全透明，用户不知道变量的具体地址。
两个相关的运算符：&:取地址运算符*:指针运算符（或称“间接访问”运算符）
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表示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。
假设：
int i=200,x;
int *ip;
定义了两个整型变量i，x，还定义了一个指向整型数的指针变量ip，i,x中可存放整数，而ip中只能存放整型变量的地址。可以把i的地址赋给ip：
ip = &i;
此时指针变量ip指向整型变量i，假设变量i的地址为1800，这个赋值可由下图表示：
以后便可以通过指针变量ip间接访问变量i，例如：x=*ip;
运算符访问以ip为地址的存储区域，而ip中存放的是变量i的地址，因此，ip访问的是地址1800的存储区域（因为是整数，实际上是从1800开始的两个字节），它就是i所占用的存储区域，所以上面的赋值表达式等价于x=i;
另外，指针变量和一般变量一样，存放在它们之中的值是可以改变的，也就是说可以改变它们的指向，假设：
int i,j,*p1,*p2;
i='a';
j='b';
p1=&i;
p2=&j;
则建立如下关系图：
如果有赋值表达式p2=p1;就是使p2与p1指向同一对象i，此时p2就等价于i，而不是j，如下图
如果有赋值表达式*p2=*p1;则表示p1指向的内容赋给p2所指向的区域，此时就变成下图
通过指针访问它所指向的一个变量是以间接访问的形式进行的，所以比直接访问一个变量要费时间，而且不直观，因为通过指针要访问哪一个变量，取决于指针的值（即指向）
，例如*p2=*p1;实际上就是j=i;前者不仅速度慢而且目的不明。但由于指针是变量，可以通过改变它们的指向，以间接访问不同的变量，这就给程序员带来灵活性，也使程序代码编写得更为简洁和有效。
指针变量可出现在表达式中，设
int x,y*px=&x;
指针变量px指向整数x，则px可出现在x能出现的任何地方。例如：
y=*px+5//表示把x的内容加5并赋给y
y=++*px//px的内容加上1之后赋给y，++*px相当于++(*px)
y=*px++//相当于y=*px;px++
实例1：
#include<stdio.h>
int main(){
int a,b;
int *pointer_1,*pointer_2;//表示pointer_1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
a=100;b=10;
pointer_1=&a;
pointer_2=&b;
printf("%d,%d\n",a,b);
printf("%d,%d\n",*pointer_1,*pointer_2); //pointer_1指向a，那么指针变量*pointer_1就是100
}
实例2：
#include<stdio.h>
//输入a和b，按照先打后小的顺序输出a和b
int main(){
int *p1,*p2,*p,a,b;
scanf("%d,%d",&a,&b);
p1=&a;p2=&b;
if(a<b)
{p=p1;p1=p2;p2=p;}
printf("\na=%d,b=%d\n",a,b);
printf("max=%d,min=%d\n",*p1,*p2);
}
结果输出：
指针变量作为函数参数
函数的参数不仅可以是整型、实型、字符型等数据，还可以是指针类型。它的作用是将一个变量的地址传送到另一个函数中。
实例3：
#include<stdio.h>
//输入的两个整数按大小顺序输出
swap (int *p1,int *p2){
int temp;
temp=*p1;
*p1=*p2;
*p2=temp;
}
int main(){
int a,b;
int *pointer_1,*pointer_2;
scanf("%d,%d",&a,&b);
pointer_1=&a;
pointer_2=&b;
if(a<b)
swap(pointer_1,pointer_2);
printf("\n%d,%d\n",a,b);
}
结果输出：
swap是用户定义的函数，它的作用是交换两个变量（a和b）的值。swap函数的形参p1、p2是指针变量。程序运行时，先执行main函数，输入a和b的值。然后将a和b的地址分别赋给指针变量pointer_1和pointer_2,使pointer_1指向a，pointer_2指向b。
实例3：
#include<stdio.h>
swap(int *p1,int *p2){
int temp;
temp=*p1;
*p1=*p2;
*p2=temp;
}
exchange(int *q1,int *q2,int *q3){
if(*q1<*q2) swap(q1,q2);
if(*q1<*q3) swap(q1,q3);
if(*q2<*q3) swap(q2,q3);
}
main(){
int a,b,c,*p1,*p2,*p3;
scanf("%d,%d,%d",&a,&b,&c);
p1=&a;p2=&b;p3=&c;
exchange(p1,p2,p3);
printf("\n%d,%d,%d\n",a,b,c);
}
结果输出：
指针变量几个问题的进一步说明
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
- 指针运算符
- 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&运算符 - 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。
实例：
- 取地址运算符
#include<stdio.h>
int main(){
int a=5,*p=&a;//在指针变量说明中，“*”是类型说明符，表示p是指针类型
printf("%d\n",*p);//表达式中“*”则是一个运算符用以表示指针变量所指的变量。
}
结果输出：
表示指针变量
p取得了整型变量a的地址。printf("%d",*p)语句表示输出变量a的值。
- 指针变量的运算
- 赋值运算：指针变量的赋值运算有以下几种形式：
- 指针变量初始化赋值
- 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 - 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
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int a,*pa=&a,*pb; pb=pa;//把a的地址赋予指针变量pb - 把数组的首地主赋予指向数组的指针变量
例如：
也可以写为：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==pa=&a[0];//数组第一个元素的地址也是整个数组的首地址。也可以采取初始化赋值的方法：int a[5],*pa=a; - 把字符串的首地址赋予指向字符类型的指针变量，例如
或者初始化赋值的方法写为：char *pc; pc="C language";char *pc="C Language"; - 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 ``` - 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。
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：
指针变量的加减运算只能对数组指针变量进行，对指向其他类型变量的指针变量作加减运算是毫无意义的。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] - 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。
-
两个指针变量相减：两个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）。
-
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；pf1<pf2表示pf2处于低地址位置。指针变量还可以与0比较。设p为指针变量，则p=0表示p是空指针，它不指向任何变量；
p！=0表示p不是空指针。空指针是由对指针变量赋予0值而得到的。例如：#define NULL 0 int *p=NULL;对指针变量赋0值和不赋值是不同的。指针变量未赋值时，可以是任意值，是不能使用的。否则造成意外错误。而指针变量赋0值后，则可以使用，只是它不指向具体的变量而已。
实例1：#include<stdio.h> int main(){ int a=10,b=20,s,t,*pa,*pb; pa=&a; pb=&b; s=*pa+*pb; t=*pa**pb; printf("a=%d\nb=%d\na+b=%d\na*b=%d\n",a,b,a+b,a*b); printf("s=%d\nt=%d\n",s,t); }结果输出：
实例2：
#include<stdio.h> int main(){ int a,b,c,*pmax,*pmin; printf("input three numbers:",&a,&b,&c); scanf("%d%d%d",&a,&b,&c); if(a>b){ pmax=&a; pmin=&b; } else{ pmax=&b; pmin=&a; } if(c>*pmax) pmax=&c; if(c<*pmin) pmin=&c; printf("max=%d\nmin=%d\n",*pmax,*pmin); }结果输出：
-
- 赋值运算：指针变量的赋值运算有以下几种形式：
数组指针和指向数组的指针变量
一个变量有一个地址，一个数组包含若干个元素，每个数组元素都在内存中占用存储单元，它们都有相应的地址。所谓数组的指针是指数组的起始地址，数组元素的指针是数组元素的地址。
- 指向数组元素的指针
一个数组是由连续的一块内存单元组成的。数组名就是这块内存单元的首地址，一个数组也是由各个数组元素（下标变量）组成的。每个数组元素按其类型不同占有几个连续的内存单元，一个数组元素的首地址也是指它所占有的几个内存单元的首地址。
定义一个指向数组元素的指针变量的方法，与之前介绍的指针变量相同。例如：
int a[10];//定义a为包含10个整型数据的数组
int *p;//定义p为指向整型变量的指针
应当注意，因为数组为int型，所以指针变量也为指向int型的指针变量。下面是对指针变量赋值：
p=&a[0];把a[0]元素的地址赋给指针变量p，也就是说p指向a数组的第0号元素。
C语言规定，数组名代表数组的首地址，也就是第0号元素的地址。因此，下面两个语句等价：
p=&a[0];
p=a;
在定义指针变量时可以赋给初值：int *p=&a[0];
它等价于：
int *p;
p=&a[0];
当然定义时也可以写成：int *p=a;
p,a,&a[0]均指向同一单元，它们是数组a的首地址，也是0号元素a[0]的首地址。应该说明的是p是变量，而a,&a[0]都是常量。在编程时应注意。
数组指针变量说明的一般形式：类型说明符 *指针变量名;其中类型说明符表示所指数组的类型。从一般形式可以看出指向数组的指针变量和指向普通变量的指针变量的说明是相同的。
- 通过指针引用数组元素
C语言规定：如果指针变量p已指向数组中的一个元素，则p+1指向同一数组中的下一个元素。引入指针变量后，就可以用两种方法来访问数组元素了。
如果p的初值时&a[0]，则：-
p+i和a+i就是a[i]的地址，或者说它们指向a数组的第i个元素。
-
(p+i)或(a+i)就是p+i或a+i所指向的数组元素，即a[i]。例如(p+5)或(a+5)就是a[5]
-
指向数组的指针变量也可以带下标，如p[i]与*(p+i)等价
根据以上叙述，引用一个数组元素可以用：- 下标法，即用a[i]形式访问数组元素。
- 指针法，即采用(a+i)或者（p+i）形式，用间接访问的方法来访问数组元素，其中a是数组名，p是指向数组的指针变量，其处值p=a。
实例：输出数组中的全部元素。（下标法）
#include<stdio.h> int main(){ int a[10],i; for(i=0;i<10;i++) a[i] = i; for(i=0;i<5;i++) printf("a[%d]=%d\n",i,a[i]); }输出：
实例：输出数组中的全部元素。（通过数组名计算元素的地址，找出元素的值）
#include<stdio.h> int main(){ int a[10],i; for(i=0;i<10;i++) *(a+i)=i; for(i=0;i<10;i++) printf("a[%d]=%d\n",i,*(a+i)); }结果输出：
实例：输出数组中的全部元素。（用指针变量指向元素）
#include<stdio.h> int main(){ int a[10],i,*p; p=a; for(i=0;i<10;i++) *(p+i)= i; for(i=0;i<10;i++) printf("a[%d]=%d\n",i,*(p+i)); }结果输出：
实例：
#include<stdio.h> int main(){ int a[10],i,*p=a; for(i=0;i<10;i++){ *p=i; printf("a[%d]=%d\n",i++,*p++); } }结果输出：
几个注意的问题：
- 指针变量可以实现本身的值的改变。如p++是合法的，而a++是错误的因为a是数组名，它是数组的首地址，是常量
- 要注意指针变量的当前值
实例：
#include<stdio.h> int main(){ int *p,i,a[10]; p=a; for(i=0;i<10;i++) *p++=i; p=a; for(i=0;i<10;i++) printf("a[%d]=%d\n",i,*p++); }p++,由于++和同优先级，结合方向自右至左，等价于(p++)；(p++)与(++p)作用不同。若p的初值为a，则(p++)等价于a[0]，(++p)等价于a[1]😭p)++表示p所指向的元素值加1；如果p当时指向a数组中的第i个元素，则
(p--)相当于a[i--];(++p)相当于a[++i];*(--p)相当于a[--i]。 -
数组名作为函数参数
数组名可以做函数的实参和形参。如：
main(){ int array[10]; .... .... f(array,10); .... .... } f(int arr[],int n);{ .... .... } -
实例：求均值
#include<stdio.h>
float aver(float *pa);
int main(){
float sco[5], av, *sp;
int i;
sp=sco;
printf("\n input 5 scores:\n");
for(i=0;i<5;i++)
scanf("%f",&sco[i]);
av=aver(sp);
printf("average score is %5.2f",av);
}
float aver(float *pa){
int i;
float av,s=0;
for(i=0;i<5;i++){
s = s+*pa++;
}
av =s/5;
return av;
}
结果输出：
实例：将数组 a 中的 n 个整数按相反顺序存放
算法为：将 a[0]与 a[n-1]对换，再 a[1]与 a[n-2] 对换……,直到将 a[(n-1/2)]与
a[n-int((n-1)/2)]对换。今用循环处理此问题，设两个“位置指示变量”i 和 j，i 的初值为
0，j 的初值为 n-1。将 a[i]与 a[j]交换，然后使 i 的值加 1，j 的值减 1，再将 a[i]与 a[j]
交换，直到 i=(n-1)/2 为止，如图所示。
void inv(int x[],int n){
int temp,i,j,m=(n-1)/2;
for(i=0;i<=m;i++){
j=n-1-i;
temp=x[i];
x[i]=x[j];
x[j]=temp;}
return ;
}
int main(){
int i,a[10]={3,7,9,11,0,6,7,5,4,2};
printf("the original array:\n");
for(i=0;i<10;i++)
printf("%d,",a[i]);
printf("\n");
inv(a,10);
printf("the array has been inverted:\n");
for(i=0;i<10;i++)
printf("%d",a[i]);
printf("\n");
}
结果输出：
实例：将数组 a 中的 n 个整数按相反顺序存放
#include<stdio.h>
void inv(int *x,int n){
int *p,temp,*i,*j,m=(n-1)/2;
i=x;j=x+n-1;p=x+m;
for(;i<=p;i++,j--){
temp=*i;*i=*j;*j=temp;
}
return ;
}
main(){
int i,a[10]={3,7,9,11,0,6,7,5,4,2};
printf("the original aray:\n");
for(i=0;i<10;i++)
printf("%d,",a[i]);
printf("\n");
inv(a,10);
printf("the array has been inverted:\n");
for(i=0;i<10;i++)
printf("%d\n",a[i]);
printf("\n");
}
结果输出：
实例：从 0 个数中找出其中最大值和最小值
int max,min;
void max_min_value(int array[],int n){
int *p,*array_end;
array_end=array+n;
max=min=*array;//`array`是数组名，它接收从实参传来的数组`number`的首地址。`*array`相当于`*(&array[0])`。该语句与`max=min=array[0]`等价
for(p=array+1;p<array_end;p++)//在执行`for`循环时，`p`的初值为`array+1`，也就是使`p`指向`array[1]`。以后每次执行`p++`，使`p`指向下一个元素。每次将`*p`和`max`与`min`比较。将大者放入`max`，小者放`min`。
if(*p>max) max=*p;
else if (*p<min) min=*p;
return;
}
main(){
int i,number[10];
printf("enter 10 integer numbers:\n");
for(i=0;i<10;i++)
scanf("%d",&number[i]);
max_min_value(number,10);
printf("\nmax=%d,min=%d\n",max,min);
}
结果输出：
在函数max_min_value中求出的最大值和最小值放在max和min中。由于它们是全局，因此在主函数中可以直接使用。函数
max_min_value的形参array可以改为指针变量类型。实参也可以不用数组名，而
用指针变量传递地址。
程序可以优化为：
#include <stdio.h>
int max, min;
void max_min_value(int *array, int n) {
int *p, *array_end;
array_end = array + n;
max = min = *array;
for (p = array + 1; p < array_end; p++)
if (*p > max) max = *p;
else if (*p < min) min = *p;
return;
}
main() {
int i, number[10], *p;
p = number;
printf("enter 10 integer numbers:\n");
for (i = 0; i < 10; i++, p++)
scanf_s("%d", p);
p = number;
max_min_value(p, 10);
printf("\nmax=%d,min=%d\n", max, min);
}
结果输出：
实例：用实参指针变量改写将 n 个整数按相反顺序存放
void inv(int *x,int n){
int *p,m,temp,*i,*j;
m=(n-1)/2;
i=x;j=x+n-1;p=x+m;
for(;i<=p;i++,j--){
temp=*i;*i=*j;*j=temp;
}
return;
}
main(){
int i,arr[10]={3,7,9,11,0,6,7,5,4,2},*p;
p=arr;
printf("the ariginal array:\n");
for(i=0;i<10;i++,p++)
printf("%d,",*p);
printf("\n");
p=arr;
inv(p,10);
printf("the array has been inverted:\n");
for(p=arr;p<arr+10;p++)
printf("%d",*p);
printf("\n");
}
结果输出：
实例：用选择法对 10 个整数排序
main(){
int *p,i,a[10]={3,7,9,11,0,6,7,5,4,2};
printf("the original array:\n");
for(i=0;i<10;i++)
printf("%d,",a[i]);
printf("\n");
p=a;
sort(p,10);
for(p=a,i=0;i<10;i++){
printf("%d ",*p);p++;
}
printf("\n");
}
sort(int x[],int n){
int i,j,k,t;
for(i=0;i<n-1;i++){
k=i;
for(j=i+1;j<n;j++)
if(x[j]>x[k]) k=j;
if(k!=i){
t=x[i];
x[i]=x[k];
x[k]=t;}
}
}
结果输出：
