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IOS開發(fā)之路--C語言指針

 更新時間:2014年08月28日 11:02:52   投稿:hebedich  
指針是C語言的精髓,但是很多初學者往往對于指針的概念并不深刻,以至于學完之后隨著時間的推移越來越模糊,感覺指針難以掌握,本文通過簡單的例子試圖將指針解釋清楚

概覽

指針是C語言的精髓,但是很多初學者往往對于指針的概念并不深刻,以至于學完之后隨著時間的推移越來越模糊,感覺指針難以掌握,本文通過簡單的例子試圖將指針解釋清楚,今天的重點有幾個方面:

什么是指針 數(shù)組和指針 函數(shù)指針

什么是指針

存放變量地址的變量我們稱之為“指針變量”,簡單的說變量p中存儲的是變量a的地址,那么p就可以稱為是指針變量,或者說p指向a。當我們訪問a變量的時候其實是程序先根據(jù)a取得a對應的地址,再到這個地址對應的存儲空間中拿到a的值,這種方式我們稱之為“直接引用”;而當我們通過p取得a的時候首先要先根據(jù)p轉(zhuǎn)換成p對應的存儲地址,再根據(jù)這個地址到其對應的存儲空間中拿到存儲內(nèi)容,它的內(nèi)容其實就是a的地址,然后根據(jù)這個地址到對應的存儲空間中取得對應的內(nèi)容,這個內(nèi)容就是a的值,這種通過p找到a對應地址再取值的方式成為“間接引用”。這里以表格形式列出a和p的存儲以幫助大家理解上面說的內(nèi)容:

接下來,看一下指針的賦值

//
// main.c
// Point
//
// Created by Kenshin Cui on 14-7-05.
// Copyright (c) 2014年 Kenshin Cui. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
  
  int a=1;
  int *p;
  p=&a; //也可以直接給指針變量賦值:int *p=&a;
  printf("address(a)=%x,address(p)=%x\n",&a,p); //結(jié)果:address(a)=5fbff81c,address(p)=5fbff81c
  printf("a=%d,p=%d\n",a,*p); //結(jié)果:a=1,p=1
  *p=2;
  printf("a=%d,*p=%d\n",a,*p); //結(jié)果:a=2,p=2
  
  int b=8;
  char c= 1;
  int *q=&c;
  printf("address(b)=%x,address(c)=%x\n",&b,&c);//結(jié)果:
  printf("c=%d,q=%d\n", c, *q); //結(jié)果:c=1,q=2049,為什么q的值不是1呢?
  
  return 0;
}

需要說明兩點:

a.int *p;中的*只是表示p變量是一個指針變量;而打印*p的時候,*p中的*是操作符,表示p指針指向的變量的存儲空間(當前存儲就是1),同時我們也看到了*p==a;修改了*p也就是修改了p指向的存儲空間的內(nèi)容,也就修改了a,所以第二次打印a=2;

b.指針所指向的類型必須和定義指針時聲明的類型相同;上面指針q定義成了int型而指向了char型,結(jié)果輸出*q打印出了2049,具體原因見下圖(假設(shè)在16位編譯器下,指針長度為2字節(jié))

由于局部變量是存儲在棧里面的,所以先存儲b再存儲a、p,當打印*p的時候,其實就是以p指向的地址對應的空間開始取兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)(因為定義p的時候它指向的是int型,在16位編譯器下int類型的長度為2),剛好定義的b和c空間連續(xù),所以就取到b的其中一個字節(jié),最后*p二進制存儲為“0000100000000001”(見上圖黃色背景內(nèi)容),十進制表示就是2049;

c.指針變量占用的空間和它所指向的變量類型無關(guān),只跟編譯器位數(shù)有關(guān)(準確的說只跟尋址方式有關(guān));

數(shù)組和指針

由于數(shù)組的存儲是連續(xù)的,數(shù)組名就是數(shù)組的地址,這樣一來數(shù)組和指針就有著很微妙的關(guān)系,先看以下例子:

//
// main.c
// Point
//
// Created by Kenshin Cui on 14-7-05.
// Copyright (c) 2014年 Kenshin Cui. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>

void changeValue(int a[]){
  a[0]=2;
}
void changeValue2(int *p){
  p[0]=3;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
  int a[]={1,2,3};
  int *p=&a[0]; //等價于:*p=a;
  
  printf("len=%lu\n",sizeof(int));//取得int長度為2
  
  //指針加1代表地址向后挪動所指向類型的長度位(這里類型是int,長度為2)
  //也就是說p指向a[0],p+1指向a[1],以此類推,所以我們通過指針也可以取出數(shù)組元素
  for(int i=0;i<3;++i){
    //printf("a[%d]=%d\n",i,a[i]);
    printf("a[%d]=%d\n",i,*(p+i));//由于a就代表數(shù)組的地址,其實這里還可以寫成*(a+i),但是注意這里*(p+i)可以寫成*(p++),但是*(a+i)不能寫成*(a++),因為數(shù)組名是常量
  }
  /*輸出結(jié)果:
   a[0]=1
   a[1]=2
   a[2]=3
   */
   
  
  changeValue(p); //等價于:changeValue(a)
  for(int i=0;i<3;++i){
    printf("a[%d]=%d\n",i,a[i]);
  }
  /*輸出結(jié)果:
   a[0]=2
   a[1]=2
   a[2]=3
   */
  
  changeValue2(a); //等價于:changeValue2(p)
  for(int i=0;i<3;++i){
    printf("a[%d]=%d\n",i,a[i]);
  }
  /*輸出結(jié)果:
   a[0]=3
   a[1]=2
   a[2]=3
   */
  
  return 0;
}

從上面的例子我們可以得出如下結(jié)論:

數(shù)組名a==&a[0]==*p; 如果p指向一個數(shù)組,那么p+1指向數(shù)組的下一個元素,同時注意p+1移動的長度并不固定,具體需要根據(jù)p指向的數(shù)據(jù)類型而定; 指針可以寫成p++形式,但是數(shù)組名不可以,因為數(shù)組名是常量 不管函數(shù)的形參為數(shù)組還是指針,實參都可以使用數(shù)組名或指針;擴展--字符串和指針

由于在C語言中字符串就是字符數(shù)組,下面不妨看一下字符串和數(shù)組的關(guān)系:

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// main.c
// Point
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// Created by Kenshin on 14-7-05.
// Copyright (c) 2014年 Kenshin Cui. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
  char a[]="Kenshin";
  printf("%x,%s\n",a,a);//結(jié)果:5fbff820,Kenshin,同一個變量a是輸出字符串還是輸出地址,根據(jù)格式參數(shù)而定
  printf(a); //結(jié)果:Kenshin
  printf("\n");
  
  char b[]="Kenshin";
  char *p=b;
  printf("b=%s,p=%s\n",b,p);//結(jié)果:b=Kenshin,p=Kenshin
  
  //指針存儲的是地址,而數(shù)組名存儲的也是地址,既然字符數(shù)組可以表示字符串,那么指向字符的指針同樣也可以,如下方式可以更簡單的定義一個字符串
  char *c="Kenshin"; //等價于char c[]="Kenshin";
  printf("c=%s\n",c); //結(jié)果:c=Kenshin
  
  return 0;
}

以上代碼中注釋基本已經(jīng)很清楚了,這里需要指出是為什么printf(a)能夠直接輸出字符串呢?

我們看一下printf()的定義:int printf(const char * __restrict, ...) __printflike(1, 2);

其實printf的參數(shù)要求是指向字符類型的指針,而結(jié)合上面的例子和我們之前說的,如果函數(shù)形參是指針類型那么可以傳入函數(shù)名,因此也就能正確輸出字符串的內(nèi)容了。類似的還有上一篇文章中說的strcat()、strcpy()等函數(shù)均是如此。

函數(shù)指針

在弄清函數(shù)指針的問題之前,我們不妨先來看一下返回指針類型數(shù)據(jù)的函數(shù),畢竟指針類型也是C語言的數(shù)據(jù)類型,下面以一個字符串轉(zhuǎn)換為大寫字符的程序為例,在這個例子中不僅可以看到返回值為指針類型的函數(shù)同時還可以看到前面說到的指針移動操作:

//
// main.c
// Point
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// Created by Kenshin Cui on 14-06-28.
// Copyright (c) 2014年 Kenshin Cui. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>

char * toUpper(char *a){
  char *b=a; //保留最初地址,因為后面的循環(huán)會改變字符串最初地址
  int len='a'-'A'; //大小寫ASCII碼差值相等
  while (*a!='\0') { //字符是否結(jié)束
    if(*a>'a'&&*a<'z'){//如果是小寫字符
      *(a++) -= len; //*a表示數(shù)組對應的字符(-32變?yōu)樾懀?,a++代表移動到下一個字符
    }
  }
    return b;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
  char a[]="hello";
  char *p=toUpper(a);
  printf("%s\n",p); //結(jié)果:HELLO
  return 0;
}

大家都是知道函數(shù)只能有一個返回值,如果需要返回多個值,怎么辦,其實很簡單,只要將指針作為函數(shù)參數(shù)傳遞就可以了,在下面的例子中我們再次看到指針作為參數(shù)進行傳遞。

//
// main.c
// Point
//
// Created by Kenshin Cui on 14-6-28.
// Copyright (c) 2014年 Kenshin Cui. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>

int operate(int a,int b,int *c){
  *c=a-b;
  return a+b;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
  int a=1,b=2,c,d;
  d=operate(a, b, &c);
  printf("a+b=%d,a-b=%d\n",d,c);//結(jié)果:a+b=3,a-b=-1
  return 0;
}

函數(shù)也是在內(nèi)存中存儲的,當然函數(shù)也有一個起始地址(事實上函數(shù)名就是函數(shù)的起始地址),這里同樣需要弄清函數(shù)指針的關(guān)系。函數(shù)指針定義的形式:返回值類型 (*指針變量名)(形參1,形參2),拿到函數(shù)指針其實我們就相當于拿到了這個函數(shù),函數(shù)的操作都可以通過指針來完成,而且通過前面的例子可以看到指針作為C語言的數(shù)據(jù)類型,可以作為參數(shù)、作為返回值,那么當然函數(shù)指針同樣可以作為函數(shù)的參數(shù)和返回值:

//
// main.c
// Point
//
// Created by Kenshin Cui on 14-6-28.
// Copyright (c) 2014年 Kenshin Cui. All rights reserved.
//

#include <stdio.h>

int sum(int a,int b){
  return a+b;
}

int sub(int a,int b){
  return a-b;
}

//函數(shù)指針作為參數(shù)進行傳遞
int operate(int a,int b,int (*p)(int,int)){
  return p(a,b);
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
  int a=1,b=2;
  int (*p)(int ,int)=sum;//函數(shù)名就是函數(shù)首地址,等價于:int (*p)(int,int);p=sum;
  int c=p(a,b);
  printf("a+b=%d\n",c); //結(jié)果:a+b=3
  
  
  //函數(shù)作為參數(shù)傳遞
  printf("%d\n",operate(a, b, sum)); //結(jié)果:3
  printf("%d\n",operate(a, b, sub)); //結(jié)果:-1
  
  return 0;
}

函數(shù)指針可以作為函數(shù)參數(shù)進行傳遞,實在太強大了,是不是想起了C#中的委托?記得C#書籍中經(jīng)常提到委托類似于函數(shù)指針,其實說的就是上面的情況。需要注意的是,普通的指針可以寫成p++進行移動,而函數(shù)指針寫成p++并沒有意義。

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