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C語(yǔ)言核心之?dāng)?shù)組和指針詳解

 

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指針

相信大家對(duì)下面的代碼不陌生： 

 
 
    
  
  
  1. int i=2;                                            
    2. 
  
  
  2. int *p;                                             
    3. 
  
  
  3. p=&i; 
    4.

這是最簡(jiǎn)單的指針應(yīng)用，也是最基本的用法。再來(lái)熟悉一下什么是指針：首先指針是一個(gè)變量，它保存的并不是平常的數(shù)據(jù)，而是變量的地址。如上代碼，指針p中保存的是整型變量i的地址信息。

接下來(lái)看如何定義一個(gè)指針，既然指針也是一個(gè)變量，那么它的定義也和其它變量一樣定義：如：int p；是間接尋址或間接引用運(yùn)算符。上例中我們還看到了一個(gè)特別的運(yùn)算符&，它是一個(gè)取地址運(yùn)算符（在其他合適場(chǎng)合&也是按位運(yùn)算運(yùn)算符，&&為取交集運(yùn)算符）。

在上面的指針定義中，我們看到了定義的是一個(gè)整型指針，難道指針還有類型嗎？答案是肯定的，指針只能指向某種特定類型的對(duì)象，也就是說(shuō)，每個(gè)指針都必須指向某種特定的數(shù)據(jù)類型（***的例外：指向void類型的指針可以存放指向任何類型的指針，但它不能間接引用其自身。）。比如，int 類型的指針絕對(duì)不能指向char 類型的變量。

下面我們給出一個(gè)完整的例子來(lái)說(shuō)明指針的簡(jiǎn)單應(yīng)用：

 
 
    
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  2. void main() 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4.     int a,b,c,*p; 
    5. 
  
  
  5.     a=1; 
    6. 
  
  
  6.     b=3; 
    7. 
  
  
  7.     p=&a; 
    8. 
  
  
  8.     b=*p+1; 
    9. 
  
  
  9.     c=*(p+1); 
    10. 
  
  
  10.     printf("%d %d %d %d /n",a,b,c,*p+3); 
    11. 
  
  
  11. } 
    12.

運(yùn)行結(jié)果為： 1 2 -858993460 4

這是個(gè)完整的例子，可以自己在機(jī)器上調(diào)試一下，現(xiàn)在很多人用的都是微軟的Visual Studio 開(kāi)發(fā)環(huán)境，有人就不知道在該開(kāi)發(fā)環(huán)境中怎么寫(xiě)C程序以及調(diào)試C程序，具體境況可以參考附錄。

在上面例子中，看到了這樣兩個(gè)表達(dá)式b=p+1;和c=(p+1);前者的意思是p所指的地址里的內(nèi)容加1再賦給b，相當(dāng)于b=a+1;，后者是p所指的地址加1再把（p+1）所指的地址賦給c，當(dāng)然我們不知道p的下一個(gè)地址里放的是什么，所以輸出了一個(gè)隨機(jī)值（這樣的操作時(shí)很危險(xiǎn)的，切記不要使用不確定的內(nèi)存地址）。

數(shù)組

數(shù)組大家應(yīng)該都很熟悉了，用途非常廣泛。

 
 
    
  
  
  1. int a[4]={2,4,5,9}; 
    2.

此語(yǔ)句定義一個(gè)4個(gè)空間大小的整型數(shù)組a并為它進(jìn)行了初始化。

數(shù)組的基礎(chǔ)知識(shí)可以參考其他相應(yīng)的教材，我們?cè)谶@主要討論指針和數(shù)組的結(jié)合應(yīng)用。

我們?cè)賮?lái)看個(gè)完整的例子： 

 
 
    
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  2. void main() 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4.     int a[4]={2,4,5,9}; 
    5. 
  
  
  5.     int *p; 
    6. 
  
  
  6.     p=a; 
    7. 
  
  
  7.     *p=*p++; 
    8. 
  
  
  8.     printf("%d %d %d/n",*p,*p+6,*(p+1)); 
    9. 
  
  
  9. } 
    10.

運(yùn)行結(jié)果：4 10 5

分析：語(yǔ)句p=a;表示把數(shù)組a的第0個(gè)元素的地址賦給指針p，數(shù)組名a代表的是數(shù)組a的第0個(gè)元素的地址。

a[i]表示數(shù)組a的第i個(gè)元素，如果定義一個(gè)指針p，那么語(yǔ)句p=&a[0];表示可以將指針p指向數(shù)組a的第0個(gè)元素，也就是說(shuō)p的值為數(shù)組元素a[0]的地址。那么（p+1）引用的是數(shù)組元素a[1]的內(nèi)容，p+i是數(shù)組元素a[i]的地址，（p+i）引用的是數(shù)組元素a[i]的內(nèi)容。對(duì)數(shù)組元素a[i]的引用也可以寫(xiě)成(a+i)?？梢缘贸鼋Y(jié)論：&a[i]與a+i的含義相同，p[i]與（p+i）也是等價(jià)的。

雖然數(shù)組和指針有這么多通用的地方，但我們必須記住，數(shù)組名和指針之間有一個(gè)不同之處。指針是一個(gè)變量，因此語(yǔ)句p=a和p++都是合法的。但數(shù)組名不是變量，因此，類似于a=p和a++形式的語(yǔ)句是非法的。

下面來(lái)看一個(gè)我們常用的函數(shù)strlen(char *s):

 
 
    
  
  
  1. int strlen(char *s) 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3.     int n; 
    4. 
  
  
  4.     for(n=0;*s!='/0';s++) 
    5. 
  
  
  5.           n++; 
    6. 
  
  
  6.     return n; 
    7. 
  
  
  7. } 
    8.

因?yàn)閟是一個(gè)指針，所以對(duì)其執(zhí)行自增運(yùn)算是合法的。執(zhí)行s++運(yùn)算不會(huì)影響到strlen函數(shù)的調(diào)用者中的字符串，它僅對(duì)該指針在strlen函數(shù)中的私有副本進(jìn)行自增運(yùn)算。在函數(shù)定義中，形式參數(shù)char s[]和char *s是等價(jià)的。

我們?cè)賮?lái)看一下地址算術(shù)運(yùn)算：如果p是一個(gè)指向數(shù)組中某個(gè)元素的指針，那么p++將對(duì)p進(jìn)行自增運(yùn)算并指向下一個(gè)元素，而p+=i將對(duì)p進(jìn)行加i的增量運(yùn)算，使其指向指針p當(dāng)前所指向元素之后的第i個(gè)元素。同其他類型的變量一樣，指針也可以進(jìn)行初始化。通常，對(duì)指針有意義的初始化值只能是0或者是表示地址的表達(dá)式，對(duì)后者來(lái)說(shuō)，表達(dá)式所表達(dá)的地址必須是在此之前已定義的具有適當(dāng)類型的數(shù)據(jù)的地址。任何指針與0進(jìn)行相等或者不相等的比較運(yùn)算都有意義。但是指向不同數(shù)組的元素的指針之間的算術(shù)或比較運(yùn)算沒(méi)有意義。指針還可以和整數(shù)進(jìn)行相加或相減運(yùn)算。如p+n表示指針p當(dāng)前指向的對(duì)象之后第n個(gè)對(duì)象的地址。無(wú)論指針p指向的對(duì)象是何種類型，上述結(jié)論都成立。在計(jì)算p+n時(shí)，n將根據(jù)p指向的對(duì)象的長(zhǎng)度按比例縮放，而p指向的對(duì)象的長(zhǎng)度則取決于p的聲明。例如，如果int類型占4個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間，那么在int類型的計(jì)算中對(duì)應(yīng)的n將按4的倍數(shù)來(lái)計(jì)算。

指針的減法運(yùn)算也是有意義的，如果p和q指向相同數(shù)組中的元素，且p

 
 
    
  
  
  1. int strlen(char *s) 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3.    char *p=s; 
    4. 
  
  
  4.    while(*p!='/0') 
    5. 
  
  
  5.           p++; 
    6. 
  
  
  6.    return p-s; 
    7. 
  
  
  7. } 
    8.

程序中，p被初始化為指向s，即指向該字符串的***個(gè)字符，while循環(huán)語(yǔ)句將依次檢查字符串中的每個(gè)字符，直到遇到標(biāo)識(shí)字符數(shù)組結(jié)尾的字符’/0’為止。由于p是指向字符的指針，所以每執(zhí)行以此p++，p就將指向下一個(gè)字符的地址，p-s則表示已經(jīng)檢查過(guò)的字符數(shù)，即字符串長(zhǎng)度。

總結(jié)：有效的指針運(yùn)算包括相同類型指針之間的賦值運(yùn)算；指針和整數(shù)之間的加減運(yùn)算；指向相同數(shù)組中元素的兩個(gè)指針間的減法或比較運(yùn)算；將指針賦值為0或指針與0之間的比較運(yùn)算。其他所有形式的指針運(yùn)算都是非法的。

再來(lái)看兩條語(yǔ)句：

char  a[]=”I  am  a  boy”;  char *p=”I  am  a  boy”;

a是一個(gè)僅僅足以存放初始化字符串以及空字符’/0’的一維數(shù)組。數(shù)組中的單個(gè)字符可以進(jìn)行修改，但a始終指向同一個(gè)存儲(chǔ)位置。而p是一個(gè)指針，其初值指向一個(gè)字符串常量，之后它可以被修改以指向其他地址，但如果試圖修改字符串的內(nèi)容，結(jié)果是沒(méi)有定義的。

為了更容易理解數(shù)組和指針的關(guān)系，我們?cè)賮?lái)看一個(gè)函數(shù)： 

 
 
    
  
  
  1. void strcpy(char *s,char *t) 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3.    int i; 
    4. 
  
  
  4.    i=0; 
    5. 
  
  
  5.    while((s[i]=t[i])!='/0') 
    6. 
  
  
  6.           i++; 
    7. 
  
  
  7. } 
    8.

因?yàn)閰?shù)是通過(guò)值傳遞的，所以在strcpy函數(shù)中可以以任何方式使用參數(shù)s和t。

下面是指針實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)版本： 

 
 
    
  
  
  1. void strcpy(char *s,char *t) 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3.    while((*s=*t)!='/0'){ 
    4. 
  
  
  4.           s++; 
    5. 
  
  
  5.           t++; 
    6. 
  
  
  6.    } 
    7. 
  
  
  7. } 
    8.

最簡(jiǎn)版本： 

 
 
    
  
  
  1. void strcpy(char *s,char *t) 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3.    while(*s++=*t++) 
    4. 
  
  
  4.           ; 
    5. 
  
  
  5. } 
    6.

這里，s和t的自增運(yùn)算放到了循環(huán)的測(cè)試部分中。表達(dá)式*t++的值是執(zhí)行自增運(yùn)算之前t所指向的字符。后綴運(yùn)算符++表示在讀取該字符之后才改變t的值。同樣，在s執(zhí)行自增運(yùn)算之前，字符就被存儲(chǔ)到了指針s指向的舊位置。上面的版本中表達(dá)式同’/0’的比較是多余的，因?yàn)橹恍枰袛啾磉_(dá)式的值是否為0即可。

指針數(shù)組和指向指針的指針

這兩個(gè)詞次聽(tīng)起來(lái)挺新穎的，到底是什么意思呢？

由于指針本身也是變量，所以它們也可以像其他變量一樣存儲(chǔ)在數(shù)組中。這一點(diǎn)很容易理解。 

 
 
    
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  2. #include 
    3. 
  
  
  3. void main() 
    4. 
  
  
  4. { 
    5. 
  
  
  5.    int i; 
    6. 
  
  
  6.    char b[]={"wustrive_2008"}; char *a[1]; *a=b; for(i=0;i
  
  
  7. } 
    8.

運(yùn)行結(jié)果：wustrive_2008

這里庫(kù)函數(shù)strlen，strlen為string類的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，所以要包含#include。

下面我們來(lái)自己寫(xiě)一個(gè)strlen函數(shù)，我們把上面的例子該成這樣： 

 
 
    
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  2. int strlen(char *s) 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4.    char *p=s; 
    5. 
  
  
  5.    while(*p!='/0') 
    6. 
  
  
  6.           p++; 
    7. 
  
  
  7.    return p-s; 
    8. 
  
  
  8. } 
    9. 
  
  
  9. void main() 
    10. 
  
  
  10. { 
    11. 
  
  
  11.    int i; 
    12. 
  
  
  12.    char b[]={"wustrive_2008"}; char *a[1]; *a=b; for(i=0;i
  
  
  13. } 
    14.

這個(gè)運(yùn)行結(jié)果和上個(gè)例子一樣，不一樣的只是我們自己實(shí)現(xiàn)了strlen函數(shù)，我們?cè)倬幊虝r(shí)使用的庫(kù)函數(shù)，都是語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)者或者系統(tǒng)為我們寫(xiě)好了的函數(shù)，其實(shí)我們也可以自己寫(xiě)。

這個(gè)例子很好的演示了指針數(shù)組的用法，指針數(shù)組a的值a[1]是一個(gè)指針，指向字符數(shù)組***個(gè)字符。

指針的指針也很好理解，就是一個(gè)指針里放的是另一個(gè)指針的地址，而另一個(gè)指針可能指向一個(gè)變量的地址，還可能指向另一個(gè)指針。

指針和多維數(shù)組

看兩個(gè)定義語(yǔ)句：int a[5][10]; int *b[5];

從語(yǔ)法角度講，a[3][4]和b[3][4]都是對(duì)一個(gè)int對(duì)象的合法引用。但a是一個(gè)真正的二維數(shù)組，它分配了50個(gè)int類型長(zhǎng)度的存儲(chǔ)空間。但b定義僅僅分配了5個(gè)指針，并且沒(méi)有初始化，它們必須進(jìn)行顯示的初始化，假設(shè)b的每個(gè)元素都指向一個(gè)有10個(gè)元素的數(shù)組，那么編譯器就要為它分配50個(gè)int類型長(zhǎng)度的存儲(chǔ)空間以及5個(gè)指針存儲(chǔ)空間。指針數(shù)組的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于，數(shù)組的每一行長(zhǎng)度可以不同，也就是說(shuō)，b的每個(gè)元素不必都指向一個(gè)有10個(gè)元素的向量。

指向函數(shù)的指針：

在C語(yǔ)言中，函數(shù)雖然不是變量，但可以定義指向函數(shù)的指針。這種類型的指針可以被賦值，存放在數(shù)組中，傳遞給函數(shù)以及作為函數(shù)的返回值等。

如果下面的語(yǔ)句為一個(gè)函數(shù)的參數(shù)，表示什么意思：

 
 
    
  
  
  1. int (p)(void ,void *) 
    2.

它表明p是一個(gè)指向函數(shù)的指針，該函數(shù)具有兩個(gè)void類型的參數(shù)，其返回值類型為int。語(yǔ)句if((p)(v[i],v[left])<0)中，p的使用和其聲明是一致的，p是一個(gè)指向函數(shù)的指針，p代表一個(gè)函數(shù)。如果寫(xiě)成這樣：int p(void ,void )則表明p是一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)返回一個(gè)int類型的指針。

下面來(lái)看兩個(gè)聲明：

int  *f（）;      //f是一個(gè)函數(shù)，它返回一個(gè)指向int類型的指針
int   (*pf)();     //pf是一個(gè)指向函數(shù)的指針，該函數(shù)返回一個(gè)int類型的對(duì)象。


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