【C语言】11-指针

说明：这个C语言专题，是学习iOS开发的前奏。也为了让有面向对象语言开发经验的程序员，能够快速上手C语言。如果你还没有编程经验，或者对C语言、iOS开发不感兴趣，请忽略

指针是C语言中非常重要的数据类型，如果你说C语言中除了指针，其他你都学得很好，那你干脆说没学过C语言。究竟什么是指针呢？我们先来看一个概念。

直接引用

1. 回想一下，之前我们是如何更改某个变量的值？

我们之前是通过变量名来直接引用变量，然后进行赋值：

char a;
a = 10;

 

2. 看上去是很简单，其实程序内部是怎么操作的呢？

其实，程序对变量的读写操作，实际上是对变量所在的存储空间进行写入或取出数据。就上面的代码而言，系统会自动将变量名a转换为变量的存储地址，根据地址找到变量a的存储空间，然后再将数据10以2进制的形式放入变量a的存储空间中。

 

 

3. 通过变量名引用变量，由系统自动完成变量名和其存储地址之间的转换，称为变量的"直接引用"方式

 

一、什么是指针？

1.我们已经知道，"直接引用"是直接通过变量名来读写变量

2.C语言中还有一种"间接引用"的方式(以变量a为例)：首先将变量a的地址存放在另一个变量中，比如存放在变量b中，然后通过变量b来间接引用变量a，间接读写变量a的值。这就是"间接引用"。

如果程序通过"间接引用"的方式来修改a的值，可以这样做：先根据 变量名b 获取 变量b 的地址ffc2，取出变量b中存储的内容ffc1，也就是变量a的地址，再根据变量a的地址ffc1找到a的存储空间，然后修改里面的数据。

3.总结一句：用来存放变量地址的变量，就称为"指针变量"。在上面的情况下，变量b就是个"指针变量"，我们可以说指针变量b指向变量a。

 

二、指针的定义

一般形式：类名标识符  *指针变量名;

int *p;

float *q;

• "*"是一个说明符，用来说明这个变量是个指针变量，是不能省略的，但它不属于变量名的一部分
• 前面的类型标识符表示指针变量所指向的变量的类型，而且只能指向这种类型的变量

 

三、指针的初始化

1.先定义后初始化

// 定义int类型的变量a
int a = 10;

// 定义一个指针变量p
int *p;

// 将变量a的地址赋值给指针变量p，所以指针变量p指向变量a
p = &a;

注意第8行，赋值给p的是变量a的地址&a

 

2.在定义的同时初始化

// 定义int类型的变量a
int a = 10;

// 定义一个指针变量p
// 并将变量a的地址赋值给指针变量p，所以指针变量p指向变量a
int *p = &a;

 

3.初始化的注意

指针变量是用来存放变量地址的，不要给它随意赋值一个常数。下面的写法是错误的

int *p; 
p = 200; // 这是错误的

 

四、指针运算符

1.给指针指向的变量赋值

char a = 10;
printf("修改前，a的值：%d\n", a);

// 指针变量p指向变量a
char *p = &a;

// 通过指针变量p间接修改变量a的值
*p = 9;

printf("修改后，a的值：%d", a);

当程序刚执行完第5行代码时，内存中大概的分布情况是这样的

，a值是10，p值就是变量a的地址ffc3。

注意下第5、第8行，都有个"*"，它们的含义是不一样的：

(1) 第5行的"*"只是用来说明p是个指针变量

(2) 第8行的"*"是一个指针运算符，这里的*p代表根据p值ffc3这个地址访问对应的存储空间，也就是变量a的存储空间，然后将右边的数值9写入到这个存储空间，相当于 a = 9;，于是内存中就变成这样了

输出结果为：，可以发现，我们通过变量p间接修改了变量a的值。

 

2.取出指针所指向变量的值

指针运算符除了可以赋值之外，还可以用于取值

char a = 10;
 
char *p;
p = &a;

char value = *p;
printf("取出a的值：%d", value); 

输出结果：，第6行中的*p的意思是：根据p值(即变量a的地址)访问对应的存储空间，并取出存储的内容(即取出变量a的值)，赋值给value

 

3.使用注意

在指针变量没有指向确定地址之前，不要对它所指的内容赋值。下面的写法是错误的

int *p; 
*p = 10; //这是错误的

应该在指针变量指向一个确定的变量后再进行赋值。下面的写法才是正确的

// 定义2个int型变量
int a = 6, b;

// 定义一个指向变量b的指针变量p
int *p;
p = &b;

// 将a的值赋值给变量b
*p = a;

 

五、指针的用途举例

1.例子1

前面我们通过指针变量p间接访问了变量a，在有些人看来，觉得指针变量好傻B，直接用变量名a访问变量a不就好了么，干嘛搞这么麻烦。别着急，接下来举个例子，让大家看看指针还能做什么事情。

现在有个要求：写一个函数swap，接收2个整型参数，功能是互换两个实参的值。

1> 如果没学过指针，你可能会这样写

void swap(char v1, char v2) {
    printf("更换前：v1=%d, v2=%d\n", v1, v2);
    
    // 定义一个中间变量
    char temp;
    
    // 交换v1和v2的值
    temp = v1;
    v1 = v2;
    v2 = temp;
    
    printf("更换后：v1=%d, v2=%d\n", v1, v2);
}

int main()
{
    char a = 10, b = 9;
    printf("更换前：a=%d, b=%d\n", a, b);
    
    swap(a, b);
    
    printf("更换后：a=%d, b=%d", a, b);
    return 0;
}

输出结果：，虽然v1和v2的值被交换了，但是变量a和b的值根本就没有换过来。因为基本数据类型作为函数实参时，只是纯粹地将值传递给形参，形参的改变并不影响实参。

我们可以简要分析一下这个过程：

* 在第20行中，将变量a、b的值分别传递给了swap函数的两个形参v1、v2

* 在第8行中，将v1的值赋值给了temp

* 在第9行中，将v2的值赋值给了v1

* 在第10行中，将temp的值赋值给了v2

就这样，v1和v2的值被交换了，但是a和b的值一直都没有改变

 

2> 如果学了指针，就应该这样写

void swap(char *v1, char *v2) {
    // 中间变量
    char temp;
    
    // 取出v1指向的变量的值
    temp = *v1;
    
    // 取出v2指向的变量的值，然后赋值给v1指向的变量
    *v1 = *v2;
    
    // 赋值给v2指向的变量
    *v2 = temp;
}

int main()
{
    char a = 10, b = 9;
    printf("更换前：a=%d, b=%d\n", a, b);
    
    swap(&a, &b);
    
    printf("更换后：a=%d, b=%d", a, b);
    return 0;
}

先看看输出结果：，变量a和b的值终于换过来了。

解释一下：

(在16位环境下，一个指针变量占用2个字节)

* 先注意第20行，传递是变量的地址。因此swap函数的形参v1指向了变量a，v2指向了变量b

* 第6行代码是取出v1指向的变量的值，也就是变量a的值：10，然后赋值给变量temp

* 第9行代码是取出v2指向的变量(变量b)的值，然后赋值给v1指向的变量(变量a)

* 第12行代码是将temp变量的值赋值给v2指向的变量(变量b)

相信你已经感受到指针的强大了，如果没有指针，在一个函数的内部根本改变不了外部的实参。

 

2.例子2

接下来再举一个指针的实用例子。默认情况下，一个函数只能有一个返回值，有了指针，我们可以实现函数有"多返回值"。

现在有个要求：写一个函数sumAndMinus，可以同时计算2个整型的和与差，函数执行完毕后，返回和与差(注意了，这里要返回2个值)

// 计算2个整型的和与差
int sumAndMinus(int v1, int v2, int *minus) {
    // 计算差，并赋值给指针指向的变量
    *minus = v1 - v2;
    
    // 计算和，并返回和
    return v1 + v2;
}

int main()
{
    // 定义2个int型变量
    int a = 6, b = 2;

    // 定义2个变量来分别接收和与差
    int sum, minus;

    // 调用函数
    sum = sumAndMinus(a, b, &minus);
    
    // 打印和
    printf("%d+%d=%d\n", a, b, sum);
    
    // 打印差
    printf("%d-%d=%d\n", a, b, minus);
    return 0;
}

输出结果：，和与差都由同一个函数计算并返回出来。和是函数的直接返回值，差是通过函数的第3个指针参数间接返回。

因此有了指针，我们可以让函数有"无限个"返回值。

 

六、关于指针的疑问

刚学完指针，都可能有一大堆的疑惑，这里我列出几个常见的疑惑吧。

1.一个指针变量占用多少个字节的内存空间？占用的空间是否会跟随所指向变量的类型而改变？

在同一环境下，一个指针变量所占用的内存空间是固定的。比如，在16位环境下，任何一个指针变量都只占用2个字节，并不会随所指向变量的类型而改变。

 

2.既然每个指针变量所占用的内存空间是一样的，而且存储的都是地址，为何指针变量还要分类型？而且只能指向一种类型的变量？比如指向int类型的指针、指向char类型的指针。

其实，我觉得这个问题跟"数组为什么要分类型"是一样的。

* 看下面的代码，利用指针p读取变量c的值

int i = 2;
char c = 1;

// 定义一个指向char类型的指针
char *p = &c;

// 取出
printf("%d", *p);

这个输出结果应该难不倒大家：，是可以成功读取的。

* 如果我改一下第5行的代码，用一个本应该指向int类型变量的指针p，指向char类型的变量c

int *p = &c;

我们再来看一下输出：，c的原值是1，现在取出来却是513，怎么回事呢？这个要根据内存来分析

根据变量的定义顺序，这些变量在内存中大致如下图排布：

其中，指针变量p和int类型变量i各占2个字节，char类型的c占一个字节，p指向c，因此p值就是c的地址

1> 最初的时候，我们用char *p指向变量c。当利用*p来获取变量c的值时，由于指针p知道变量c是char类型的，所以会从ffc3这个地址开始读取1个字节的数据：0000 0001，转为10进制就是1

2> 后来，我们用int *p指向变量c。当利用*p获取变量c的值时，由于指针p认为变量c是int类型的，所以会从ffc3这个地址开始读取2个字节的数据：0000 0010 0000 0001，转为10进制就是513

可见，给指针分类是多么重要的一件事，而且一种指针最好只指向一种类型的变量，那是最安全的。