C语言——指针

指针是ｃ语言中广泛使用的一种数据类型。

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， 根据一个内存单元的编号即可准确地找到该内存单元。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。对于一个内存单元来说，单元的地址即为指针，其中存放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称为某内存单元的指针。

在一个指针变量中存放一个数组或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。引入“指针”概念的一个重要原因。

指针变量的类型说明

对指针变量的类型说明包括三个内容：
(1)指针类型说明，即定义变量为一个指针变量；
(2)指针变量名；
(3)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。
应该注意的是，一个指针变量只能指向同类型的变量，指针变量的赋值

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 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

指针变量的运算

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。
1.指针运算符

(1)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了&运算符。

(2)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。
main(){
int a=5,*p=&a;
printf ("%d",*p);
}
......
表示指针变量p取得了整型变量a的地址。本语句表示输出变量a的值。

2.指针变量的运算

(1)赋值运算

指针变量的赋值运算有以下几种形式：
①指针变量初始化赋值

②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*/

③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。如：
int a,*pa=&a,*pb;
pb=pa; /*把a的地址赋予指针变量pb*/
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。

④把数组的首地址赋予指向数组的指针变量。
例如： 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)
也可写为：
pa=&a[0]; /*数组第一个元素的地址也是整个数组的首地址，
⑤把字符串的首地址赋予指向字符类型的指针变量。例如： char *pc;pc="c language";或用初始化赋值的方法写为： char*pc="c language"; 这里应说明的是并不是把整个字符串装入指针变量，而是把存放该字符串的字符数组的首地址装入指针变量。在后面还将详细介绍。

⑥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;

(2)加减算术运算

①两指针变量相减
两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

②两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
指针变量还可以与0比较。设p为指针变量，则p==0表明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。否则将造成意外错误。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。

数组指针变量的说明和使用

指向数组的指针变量称为数组指针变量。

一个数组是由连续的一块内存单元组成的。数组名就是这块连续内存单元的首地址。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。一个指针变量既可以指向一个数组，也可以指向一个数组元素，可把数组名或第一个元素的地址赋予它。如要使指针变量指向第i号元素可以把i元素的首地址赋予它或把数组名加i赋予

数组。数组名就是数组的首地址，实参向形参传送数组名实际上就是传送数组的地址，形参得到该地址后也指向同一数组。这就好象同一件物品有两个彼此不同的名称一样。同样，指针变量的值也是地址，数组指针变量的值即为数组的首地址，当然也可作为函数的参数使用。
指向多维数组的指针变量

一、多维数组地址的表示方法
设有整型二维数组a[3][4]如下：
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 10 11
设数组a的首地址为1000，各下标变量的首地址及其值如图所示。ｃ语言允许把一个二维数组分解为多个一维数组来处理。因此数组a可分解为三个一维数组，即a[0]，a[1]，a[2]。每一个一维数组又含有四个元素。例如a[0]数组，含有a[0][0]，a[0][1]，a[0][2]，a[0][3]四个元素。数组及数组元素的地址表示如下：a是二维数组名，也是二维数组0行的首地址，等于1000。a[0]是第一个一维数组的数组名和首地址，因此也为1000。*(a+0)或*a是与a[0]等效的，它表示一维数组a[0]0 号元素的首地址。也为1000。&a[0][0]是二维数组a的0行0列元素首地址，同样是1000。因此，a，a[0]，*(a+0)，*a?amp;a[0][0]是相等的。同理，a+1是二维数组1行的首地址，等于1008。a[1]是第二个一维数组的数组名和首地址，因此也为1008。 &a[1][0]是二维数组a的1行0列元素地址，也是1008。因此a+1,a[1],*(a+1),&a[1][0]是等同的。 由此可得出：a+i，a[i]，*(a+i)，&a[i][0]是等同的。 此外，&a[i]和a[i]也是等同的。因为在二维数组中不能把&a[i]理解为元素a[i]的地址，不存在元素a[i]。

ｃ语言规定，它是一种地址计算方法，表示数组a第i行首地址。由此，我们得出：a[i]，&a[i]，*(a+i)和a+i也都是等同的。另外，a[0]也
可以看成是a[0]+0是一维数组a[0]的0号元素的首地址，而a[0]+1则是a[0]的1号元素首地址，由此可得出a[i]+j则是一维数组a[i]的j号元素首地址，它等于&a[i][j]。由a[i]=*(a+i)得a[i]+j=*(a+i)+j，由于*(a+i)+j是二维数组a的i行j列元素的首地址。该元素的值等于*(*(a+i)+j)。
二、多维数组的指针变量

把二维数组a 分解为一维数组a[0],a[1],a[2]之后，设p为指向二维数组的指针变量。可定义为： int (*p)[4] 它表示p是一个指针变量，它指向二维数组a 或指向第一个一维数组a[0]，其值等于a,a[0]，或&a[0][0]等。而p+i则指向一维数组a[i]。从前面的分析可得出*(p+i)+j是二维数组i行j 列的元素的地址，而*(*(p+i)+j)则是i行j列元素的值。

二维数组指针变量说明的一般形式为：类型说明符 (*指针变量名)[长度] 其中“类型说明符”为所指数组的数据类型。“*”表示其后的变量是指针类型。“长度”表示二维数组分解为多个一维数组时，一维数组的长度，也就是二维数组的列数。应注意“(*指针变量名)”两边的括号不可少，如缺少括号则表示是指针数组(本章后面介绍)，意义就完全不同了。
expain字符串指针变量的说明和使用字符串指针变量的定义说明与指向字符变量的指针变量说明是相同的。只能按对指针变量的赋值不同来区别。对指向字符变量的指针变量应赋予该字符变量的地址。

使用字符串指针变量与字符数组的区别

用字符数组和字符指针变量都可实现字符串的存储和运算。但是两者是有区别的。在使用时应注意以下几个问题：

1. 字符串指针变量本身是一个变量，用于存放字符串的首地址。而字符串本身是存放在以该首地址为首的一块连续的内存空间中并以‘\0’作为串的结束。字符数组是由于若干个数组元素组成的，它可用来存放整个字符串。

2. 对字符数组作初始化赋值，必须采用外部类型或静态类型，如： static char st[]={“c language”};而对字符串指针变量则无此限制，如： char *ps="c language";

3. 对字符串指针方式 char*ps="c language";可以写为： char *ps; ps="c language";而对数组方式：static charst[]={"c language"};不能写为：char st[20];st={"c language"};
而只能对字符数组的各元素逐个赋值。

从以上几点可以看出字符串指针变量与字符数组在使用时的区别，同时也可看出使用指针变量更加方便。前面说过，当一个指针变量在未取得确定地址前使用是危险的，容易引起错误。但是对指针变量直接赋值是可以的。因为c系统对指针变量赋值时要给以确定的地址。因此，
char *ps="c langage";
或者 char *ps;
ps="c language";都是合法的。

函数指针变量

在ｃ语言中规定，一个函数总是占用一段连续的内存区，而函数名就是该函数所占内存区的首地址。我们可以把函数的这个首地址(或称入口地址)赋予一个指针变量，使该指针变量指向该函数。然后通过指针变量就可以找到并调用这个函数。我们把这种指向函数的指针变量称为“函数指针变量”。
函数指针变量定义的一般形式为：
类型说明符 (*指针变量名)();
其中“类型说明符”表示被指函数的返回值的类型。“(* 指针变量名)”表示“*”后面的变量是定义的指针变量。最后的空括号表示指针变量所指的是一个函数。
例如： int (*pf)();
表示pf是一个指向函数入口的指针变量，该函数的返回值(函数值)是整型。
下面通过例子来说明用指针形式实现对函数调用的方法。

函数指针变量形式调用函数的步骤如下：1. 先定义函数指针变量，

2. 把被调函数的入口地址(函数名)赋予该函数指针变量

3. 用函数指针变量形式调用函数，如程序第14行z=(*pmax)(x,y); 调用函数的一般形式为： (*指针变量名) (实参表)使用函数指针变量还应注意以下两点：

a. 函数指针变量不能进行算术运算，这是与数组指针变量不同的。数组指针变量加减一个整数可使指针移动指向后面或前面的数组元素，而函数指针的移动是毫无意义的。

b. 函数调用中"(*指针变量名)"的两边的括号不可少，其中的*不应该理解为求值运算，在此处它只是一种表示符号。

指针型函数

在ｃ语言中允许一个函数的返回值是一个指针(即地址)，这种返回指针值的函数称为指针型函数。
定义指针型函数的一般形式为：
类型说明符 *函数名(形参表)
{
…… /*函数体*/
}
其中函数名之前加了“*”号表明这是一个指针型函数，即返回值是一个指针。类型说明符表示了返回的指针值所指向的数据类型。
指针数组的说明与使用一个数组的元素值为指针则是指针数组。指针数组是一组有序的指针的集合。指针数组的所有元素都必须是具有相同存储类型和指向相同数据类型的指针变量。
其中类型说明符为指针值所指向的变量的类型。例如： int *pa[3] 表示pa是一个指针数组，它有三个数组元素，每个元素值都是一个指针，指向整型变量。通常可用一个指针数组来指向一个二维数组。指针数组中的每个元素被赋予二维数组每一行的首地址，

指针数组也常用来表示一组字符串， 这时指针数组的每个元素被赋予一个字符串的首地址。 指向字符串的指针数组的初始化更为简单。

指针数组作指针型函数的参数
ｍａｉｎ函数的参数

前面介绍的main函数都是不带参数的。因此main后的括号都是空括号。实际上，main函数可以带参数，这个参数可以认为是 main函数的形式参数。ｃ语言规定main函数的参数只能有两个，习惯上这两个参数写为argc和argv。因此，main函数的函数头可写为： main (argc,argv)ｃ语言还规定argc(第一个形参)必须是整型变量,argv( 第二个形参)必须是指向字符串的指针数组。

在前面已经介绍过，通过指针访问变量称为间接访问， 简称间访。由于指针变量直接指向变量，所以称为单级间访。 而如果通过指向指针的指针变量来访问变量则构成了二级或多级间访。在ｃ语言程序中，对间访的级数并未明确限制，但是间访级数太多时不容易理解解，也容易出错，因此，一般很少超过二级间访。

本章小结
1. 指针是ｃ语言中一个重要的组成部分，使用指针有以下优点：
(1)提高程序的编译效率和执行速度。
(2)通过指针可使用主调函数和被调函数之间共享变量或数据结构，便于实现双向数据通讯。
(3)可以实现动态的存储分配。
(4)便于表示各种数据结构，编写高质量的程序。

2. 指针的运算
(1)取地址运算符&：求变量的地址
(2)取内容运算符*：表示指针所指的变量
(3)赋值运算
·把变量地址赋予指针变量
·同类型指针变量相互赋值
·把数组，字符串的首地址赋予指针变量
·把函数入口地址赋予指针变量
(4)加减运算
对指向数组，字符串的指针变量可以进行加减运算，如p+n,p-n,p++,p--等。对指向同一数组的两个指针变量可以相减。对指向其它类型的指针变量作加减运算是无意义的。
(5)关系运算
指向同一数组的两个指针变量之间可以进行大于、小于、等于比较运算。指针可与0比较，p==0表示p为空指针。

3. 与指针有关的各种说明和意义见下表。
int *p; p为指向整型量的指针变量
int *p[n]; p为指针数组，由n个指向整型量的指针元素组成。
int (*p)[n]; p为指向整型二维数组的指针变量，二维数组的列数为n
int *p() p为返回指针值的函数，该指针指向整型量
int (*p)() p为指向函数的指针，该函数返回整型量
int **p p为一个指向另一指针的指针变量，该指针指向一个整型量。

4. 有关指针的说明很多是由指针，数组，函数说明组合而成的。
但并不是可以任意组合，例如数组不能由函数组成，即数组元素不能是一个函数；函数也不能返回一个数组或返回另一个函数。例如
int a[5]()；就是错误的。

5. 关于括号
在解释组合说明符时，标识符右边的方括号和圆括号优先于标识符左边的“*”号，而方括号和圆括号以相同的优先级从左到右结合。但可以用圆括号改变约定的结合顺序。

6. 组合说明符的规则是“从里向外”。
从标识符开始，先看它右边有无方括号或园括号，如有则先作出解释，再看左边有无*号。如果在任何时候遇到了闭括号，则在继续之前必须用相同的规则处理括号内的内容。例如：
int*(*(*a)())[10]
↑ ↑↑↑↑↑↑
7 6 4 2 1 3 5
上面给出了由内向外的阅读顺序，下面来解释它：
(1)标识符a被说明为；
(2)一个指针变量，它指向；
(3)一个函数，它返回；
(4)一个指针，该指针指向；
(5)一个有10个元素的数组，其类型为；
(6)指针型，它指向；
(7)int型数据。
因此a是一个函数指针变量，该函数返回的一个指针值又指向一个指针数组，该指针数组的元素指向整型量。