C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)講座之指針的慨念

2019-11-17 05:16:34

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　　指針是C語(yǔ)言中廣泛使用的一種數(shù)據(jù)類型。運(yùn)用指針編程是C語(yǔ)言最主要的風(fēng)格之一。利用指針變量可以表示各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；能很方便地使用數(shù)組和字符串；并能象匯編語(yǔ)言一樣處理內(nèi)存地址，從而編出精練而高效的程序。指針極大地豐富了C語(yǔ)言的功能。學(xué)習(xí)指針是學(xué)習(xí)C語(yǔ)言中最重要的一環(huán)，能否正確理解和使用指針是我們是否把握C語(yǔ)言的一個(gè)標(biāo)志。同時(shí)，指針也是C語(yǔ)言中最為困難的一部分，在學(xué)習(xí)中除了要正確理解基本概念，還必須要多編程，上機(jī)調(diào)試。只要作到這些，指針也是不難把握的。

　　指針的基本概念在計(jì)算機(jī)中，所有的數(shù)據(jù)都是存放在存儲(chǔ)器中的。一般把存儲(chǔ)器中的一個(gè)字節(jié)稱為一個(gè)內(nèi)存單元，不同的數(shù)據(jù)類型所占用的內(nèi)存單元數(shù)不等，如整型量占2個(gè)單元，字符量占1個(gè)單元等，在第二章中已有具體的介紹。為了正確地訪問(wèn)這些內(nèi)存單元，必須為每個(gè)內(nèi)存單元編上號(hào)。根據(jù)一個(gè)內(nèi)存單元的編號(hào)即可準(zhǔn)確地找到該內(nèi)存單元。內(nèi)存單元的編號(hào)也叫做地址。既然根據(jù)內(nèi)存單元的編號(hào)或地址就可以找到所需的內(nèi)存單元，所以通常也把這個(gè)地址稱為指針。內(nèi)存單元的指針和內(nèi)存單元的內(nèi)容是兩個(gè)不同的概念。可以用一個(gè)通俗的例子來(lái)說(shuō)明它們之間的關(guān)系。我們到銀行去存取款時(shí)，銀行工作人員將根據(jù)我們的帳號(hào)去找我們的存款單，找到之后在存單上寫入存款、取款的金額。在這里，帳號(hào)就是存單的指針，存款數(shù)是存單的內(nèi)容。對(duì)于一個(gè)內(nèi)存單元來(lái)說(shuō)，單元的地址即為指針，其中存放的數(shù)據(jù)才是該單元的內(nèi)容。在C語(yǔ)言中，答應(yīng)用一個(gè)變量來(lái)存放指針，這種變量稱為指針變量。因此，一個(gè)指針變量的值就是某個(gè)內(nèi)存單元的地址或稱為某內(nèi)存單元的指針。圖中，設(shè)有字符變量C，其內(nèi)容為“K”(ASCII碼為十進(jìn)制數(shù) 75)，C占用了011A號(hào)單元(地址用十六進(jìn)數(shù)表示)。設(shè)有指針變量P，內(nèi)容為011A，這種情況我們稱為P指向變量C，或說(shuō)P是指向變量C的指針。嚴(yán)格地說(shuō)，一個(gè)指針是一個(gè)地址，是一個(gè)常量。而一個(gè)指針變量卻可以被賦予不同的指針值，是變。但在常把指針變量簡(jiǎn)稱為指針。為了避免混淆，我們中約定：“指針”是指地址，是常量，“指針變量”是指取值為地址的變量。定義指針的目的是為了通過(guò)指針去訪問(wèn)內(nèi)存單元。
　
　　既然指針變量的值是一個(gè)地址，那么這個(gè)地址不僅可以是變量的地址，也可以是其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地址。在一個(gè)指針變量中存放一
個(gè)數(shù)組或一個(gè)函數(shù)的首地址有何意義呢？因?yàn)閿?shù)組或函數(shù)都是連續(xù)存放的。通過(guò)訪問(wèn)指針變量取得了數(shù)組或函數(shù)的首地址，也就找到了該數(shù)組或函數(shù)。這樣一來(lái)，凡是出現(xiàn)數(shù)組，函數(shù)的地方都可以用一個(gè)指針變量來(lái)表示，只要該指針變量中賦予數(shù)組或函數(shù)的首地址即可。這樣做，將會(huì)使程序的概念十分清楚，程序本身也精練，高效。在C語(yǔ)言中，一種數(shù)據(jù)類型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)往往都占有一組連續(xù)的內(nèi)存單元。用“地址”這個(gè)概念并不能很好地描述一種數(shù)據(jù)類型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而“指針”雖然實(shí)際上也是一個(gè)地址，但它卻是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的首地址，它是“指向”一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的，因而概念更為清楚，表示更為明確。這也是引入“指針”概念的一個(gè)重要原因。 指針變量的類型說(shuō)明

　　對(duì)指針變量的類型說(shuō)明包括三個(gè)內(nèi)容：

　　(1)指針類型說(shuō)明，即定義變量為一個(gè)指針變量；

　　(2)指針變量名；

　　(3)變量值(指針)所指向的變量的數(shù)據(jù)類型。

　　其一般形式為：類型說(shuō)明符 *變量名；

　　其中，*表示這是一個(gè)指針變量，變量名即為定義的指針變量名，類型說(shuō)明符表示本指針變量所指向的變量的數(shù)據(jù)類型。

　　例如： int *p1;表示p1是一個(gè)指針變量，它的值是某個(gè)整型變量的地址。或者說(shuō)p1指向一個(gè)整型變量。至于p1究竟指向哪一個(gè)整型變量，應(yīng)由向p1賦予的地址來(lái)決定。

　　再如：

staic int *p2; /*p2是指向靜態(tài)整型變量的指針變量*/
float *p3; /*p3是指向浮點(diǎn)變量的指針變量*/
char *p4; /*p4是指向字符變量的指針變量*/ 應(yīng)該注重的是，一個(gè)指針變量只能指向同類型的變量，如P3 只能指向浮點(diǎn)變量，不能時(shí)而指向一個(gè)浮點(diǎn)變量，時(shí)而又指向一個(gè)字符變量。
　　指針變量的賦值

　　指針變量同普通變量一樣，使用之前不僅要定義說(shuō)明，而且必須賦予具體的值。未經(jīng)賦值的指針變量不能使用，否則將造成系統(tǒng)混亂，甚至死機(jī)。指針變量的賦值只能賦予地址，決不能賦予任何其它數(shù)據(jù)，否則將引起錯(cuò)誤。在C語(yǔ)言中，變量的地址是由編譯系統(tǒng)分配的，對(duì)用戶完全透明，用戶不知道變量的具體地址。 C語(yǔ)言中提供了地址運(yùn)算符&來(lái)表示變量的地址。其一般形式為： & 變量名；如&a變示變量a的地址，&b表示變量b的地址。變量本身必須預(yù)先說(shuō)明。設(shè)有指向整型變量的指針變量p，如要把整型變量a 的地址賦予p可以有以下兩種方式：

　　(1)指針變量初始化的方法

int a;
int *p=&a;
　　(2)賦值語(yǔ)句的方法

int a;
int *p;
p=&a;
　　不答應(yīng)把一個(gè)數(shù)賦予指針變量，故下面的賦值是錯(cuò)誤的： int *p;p=1000; 被賦值的指針變量前不能再加“*”說(shuō)明符，如寫為*p=&a 也是錯(cuò)誤的

　　指針變量的運(yùn)算

　　指針變量可以進(jìn)行某些運(yùn)算，但其運(yùn)算的種類是有限的。它只能進(jìn)行賦值運(yùn)算和部分算術(shù)運(yùn)算及關(guān)系運(yùn)算。

　　1.指針運(yùn)算符

　　(1)取地址運(yùn)算符&

　　取地址運(yùn)算符&是單目運(yùn)算符，其結(jié)合性為自右至左，其功能是取變量的地址。在scanf函數(shù)及前面介紹指針變量賦值中，我們已經(jīng)了解并使用了&運(yùn)算符。

　　(2)取內(nèi)容運(yùn)算符*

　　取內(nèi)容運(yùn)算符*是單目運(yùn)算符，其結(jié)合性為自右至左，用來(lái)表示指針變量所指的變量。在*運(yùn)算符之后跟的變量必須是指針變量。需要注重的是指針運(yùn)算符*和指針變量說(shuō)明中的指針說(shuō)明符* 不是一回事。在指針變量說(shuō)明中，“*”是類型說(shuō)明符，表示其后的變量是指針類型。而表達(dá)式中出現(xiàn)的“*”則是一個(gè)運(yùn)算符用以表示指針變量所指的變量。

main(){
　int a=5,*p=&a;
　PRintf ("%d",*p);
}
......
　　表示指針變量p取得了整型變量a的地址。本語(yǔ)句表示輸出變量a的值。

　　2.指針變量的運(yùn)算

　　(1)賦值運(yùn)算

　　指針變量的賦值運(yùn)算有以下幾種形式：

　　①指針變量初始化賦值，前面已作介紹。

　　②把一個(gè)變量的地址賦予指向相同數(shù)據(jù)類型的指針變量。例如：

int a,*pa;
pa=&a; /*把整型變量a的地址賦予整型指針變量pa*/
　　③把一個(gè)指針變量的值賦予指向相同類型變量的另一個(gè)指針變量。如：

int a,*pa=&a,*pb;
pb=pa; /*把a(bǔ)的地址賦予指針變量pb*/
　　由于pa,pb均為指向整型變量的指針變量，因此可以相互賦值。

　　④把數(shù)組的首地址賦予指向數(shù)組的指針變量。

　　例如：

int a[5],*pa;
pa=a; (數(shù)組名表示數(shù)組的首地址，故可賦予指向數(shù)組的指針變量pa)
　　也可寫為：

pa=&a[0]; /*數(shù)組第一個(gè)元素的地址也是整個(gè)數(shù)組的首地址，
　　也可賦予pa*/

　　當(dāng)然也可采取初始化賦值的方法：

int a[5],*pa=a;
　　⑤把字符串的首地址賦予指向字符類型的指針變量。例如： char *pc;pc="c language";或用初始化賦值的方法寫為： char *pc="C Language"; 這里應(yīng)說(shuō)明的是并不是把整個(gè)字符串裝入指針變量，而是把存放該字符串的字符數(shù)組的首地址裝入指針變量。在后面還將具體介紹。

　　⑥把函數(shù)的入口地址賦予指向函數(shù)的指針變量。例如： int (*pf)();pf=f; /*f為函數(shù)名*/
　　(2)加減算術(shù)運(yùn)算

　　對(duì)于指向數(shù)組的指針變量，可以加上或減去一個(gè)整數(shù)n。設(shè)pa是指向數(shù)組a的指針變量，則pa+n,pa-n,pa++,++pa,pa--,--pa 運(yùn)算都是合法的。指針變量加或減一個(gè)整數(shù)n的意義是把指針指向的當(dāng)前位置(指向某數(shù)組元素)向前或向后移動(dòng)n個(gè)位置。應(yīng)該注重，數(shù)組指針變量向前或向后移動(dòng)一個(gè)位置和地址加1或減1 在概念上是不同的。因?yàn)閿?shù)組可以有不同的類型，各種類型的數(shù)組元素所占的字節(jié)長(zhǎng)度是不同的。如指針變量加1，即向后移動(dòng)1 個(gè)位置表示指針變量指向下一個(gè)數(shù)據(jù)元素的首地址。而不是在原地址基礎(chǔ)上加1。

　　例如：

int a[5],*pa;
pa=a; /*pa指向數(shù)組a，也是指向a[0]*/
pa=pa+2; /*pa指向a[2]，即pa的值為&pa[2]*/ 指針變量的加減運(yùn)算只能對(duì)數(shù)組指針變量進(jìn)行，對(duì)指向其它類型變量的指針變量作加減運(yùn)算是毫無(wú)意義的。(3)兩個(gè)指針變量之間的運(yùn)算只有指向同一數(shù)組的兩個(gè)指針變量之間才能進(jìn)行運(yùn)算，否則運(yùn)算毫無(wú)意義。
　　①兩指針變量相減

　　兩指針變量相減所得之差是兩個(gè)指針?biāo)笖?shù)組元素之間相差的元素個(gè)數(shù)。實(shí)際上是兩個(gè)指針值(地址) 相減之差再除以該數(shù)組元素的長(zhǎng)度(字節(jié)數(shù))。例如pf1和pf2 是指向同一浮點(diǎn)數(shù)組的兩個(gè)指針變量，設(shè)pf1的值為2010H，pf2的值為2000H，而浮點(diǎn)數(shù)組每個(gè)元素占4個(gè)字節(jié)，所以pf1-pf2的結(jié)果為(2000H-2010H)/4=4，表示pf1和 pf2之間相差4個(gè)元素。兩個(gè)指針變量不能進(jìn)行加法運(yùn)算。例如， pf1+pf2是什么意思呢?毫無(wú)實(shí)際意義。

　　②兩指針變量進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算

　　指向同一數(shù)組的兩指針變量進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算可表示它們所指數(shù)組元素之間的關(guān)系。例如：

pf1==pf2表示pf1和pf2指向同一數(shù)組元素
pf1>pf2表示pf1處于高地址位置
pf1<pf2表示pf2處于低地址位置
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);
}
......
　　說(shuō)明pa,pb為整型指針變量

　　給指針變量pa賦值，pa指向變量a。

　　給指針變量pb賦值，pb指向變量b。

　　本行的意義是求a+b之和，(*pa就是a，*pb就是b)。

　　本行是求a*b之積。

　　輸出結(jié)果。

　　輸出結(jié)果。

　　......

　　指針變量還可以與0比較。設(shè)p為指針變量，則p==0表明p是空指針，它不指向任何變量；p!=0表示p不是空指針。空指針是由對(duì)指針變量賦予0值而得到的。例如： #define NULL 0　int *p=NULL; 對(duì)指針變量賦0值和不賦值是不同的。指針變量未賦值時(shí)，可以是任意值，是不能使用的。否則將造成意外錯(cuò)誤。而指針變量賦0值后，則可以使用，只是它不指向具體的變量而已。

main(){
　int a,b,c,*pmax,*pmin;
　printf("input three numbers:/n");
　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);
}
......
　　pmax,pmin為整型指針變量。

　　輸入提示。

　　輸入三個(gè)數(shù)字。

　　假如第一個(gè)數(shù)字大于第二個(gè)數(shù)字．．．

　　指針變量賦值

　　指針變量賦值

　　指針變量賦值

　　指針變量賦值

　　判定并賦值

　　判定并賦值

　　輸出結(jié)果

　　......
數(shù)組指針變量的說(shuō)明和使用

　　指向數(shù)組的指針變量稱為數(shù)組指針變量。在討論數(shù)組指針變量的說(shuō)明和使用之前，我們先明確幾個(gè)關(guān)系。

　　一個(gè)數(shù)組是由連續(xù)的一塊內(nèi)存單元組成的。數(shù)組名就是這塊連續(xù)內(nèi)存單元的首地址。一個(gè)數(shù)組也是由各個(gè)數(shù)組元素(下標(biāo)變量) 組成的。每個(gè)數(shù)組元素按其類型不同占有幾個(gè)連續(xù)的內(nèi)存單元。一個(gè)數(shù)組元素的首地址也是指它所占有的幾個(gè)內(nèi)存單元的首地址。一個(gè)指針變量既可以指向一個(gè)數(shù)組，也可以指向一個(gè)數(shù)組元素，可把數(shù)組名或第一個(gè)元素的地址賦予它。如要使指針變量指向第i號(hào)元素可以把i元素的首地址賦予它或把數(shù)組名加i賦予它。

　　設(shè)有實(shí)數(shù)組a，指向a的指針變量為pa，從圖6.3中我們可以看出有以下關(guān)系：

　　pa,a,&a[0]均指向同一單元，它們是數(shù)組a的首地址，也是0 號(hào)元素a[0]的首地址。pa+1,a+1,&a[1]均指向1號(hào)元素a[1]。類推可知a+i,a+i,&a[i]

　　指向i號(hào)元素a[i]。應(yīng)該說(shuō)明的是pa是變量，而a,&a[i]都是常量。在編程時(shí)應(yīng)予以注重。

main(){
　int a[5],i;
　for(i=0;i<5;i++){
　　a[i]=i;
　　printf("a[%d]=%d/n",i,a[i]);
　}
　printf("/n");
}
　　主函數(shù)

　　定義一個(gè)整型數(shù)組和一個(gè)整型變量

　　循環(huán)語(yǔ)句

　　給數(shù)組賦值

　　打印每一個(gè)數(shù)組的值

　　......

　　輸出換行

　　......

　　數(shù)組指針變量說(shuō)明的一般形式為：

　　類型說(shuō)明符 * 指針變量名

　　其中類型說(shuō)明符表示所指數(shù)組的類型。從一般形式可以看出指向數(shù)組的指針變量和指向普通變量的指針變量的說(shuō)明是相同的。
引入指針變量后，就可以用兩種方法來(lái)訪問(wèn)數(shù)組元素了。

　　第一種方法為下標(biāo)法，即用a[i]形式訪問(wèn)數(shù)組元素。在第四章中介紹數(shù)組時(shí)都是采用這種方法。

　　第二種方法為指針?lè)ǎ床捎?(pa+i)形式，用間接訪問(wèn)的方法來(lái)訪問(wèn)數(shù)組元素。

main(){
　int a[5],i,*pa;
　pa=a;
　for(i=0;i<5;i++){
　　*pa=i;
　　pa++;
　}
　pa=a;
　for(i=0;i<5;i++){
　　printf("a[%d]=%d/n",i,*pa);
　　pa++;
　}
}
　　主函數(shù)

　　定義整型數(shù)組和指針

　　將指針pa指向數(shù)組a

　　循環(huán)

　　將變量i的值賦給由指針pa指向的a[]的數(shù)組單元

　　將指針pa指向a[]的下一個(gè)單元

　　......

　　指針pa重新取得數(shù)組a的首地址

　　循環(huán)

　　用數(shù)組方式輸出數(shù)組a中的所有元素

　　將指針pa指向a[]的下一個(gè)單元

　　......
　　......

　　下面，另舉一例，該例與上例本意相同，但是實(shí)現(xiàn)方式不同。

main(){
　int a[5],i,*pa=a;
　for(i=0;i<5;){
　　*pa=i;
　　printf("a[%d]=%d/n",i++,*pa++);
　}
}
　　主函數(shù)

　　定義整型數(shù)組和指針，并使指針指向數(shù)組a

　　循環(huán)

　　將變量i的值賦給由指針pa指向的a[]的數(shù)組單元

　　用指針輸出數(shù)組a中的所有元素，同時(shí)指針pa指向a[]的下一個(gè)單元

　　......
　　......
　
　　數(shù)組名和數(shù)組指針變量作函數(shù)參數(shù)

　　在第五章中曾經(jīng)介紹過(guò)用數(shù)組名作函數(shù)的實(shí)參和形參的問(wèn)題。在學(xué)習(xí)指針變量之后就更輕易理解這個(gè)問(wèn)題了。數(shù)組名就是數(shù)組的首地址，實(shí)參向形參傳送數(shù)組名實(shí)際上就是傳送數(shù)組的地址，形參得到該地址后也指向同一數(shù)組。這就好象同一件物品有兩個(gè)彼此不同的名稱一樣。同樣，指針變量的值也是地址，數(shù)組指針變量的值即為數(shù)組的首地址，當(dāng)然也可作為函數(shù)的參數(shù)使用。

float aver(float *pa);
main(){
　float sco[5],av,*sp;
　int i;
　sp=sco;
　printf("/ninput 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;
}

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