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指针的进阶

2023-11-24 36
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简介： 指针的进阶

前言

在前面的学习中，我们知道了指针的概念：


  1. 指针就是个变量，用来存放地址，地址唯一标识一块内存空间。
  2. 指针的大小是固定的4/8个字节（32位平台/64位平台）。
  3. 指针是有类型，指针的类型决定了指针的±整数的步长，指针解引用操作的时候的权限。
  4. 指针的运算。

本文，让我们继续探讨指针的高级主题。


1. 字符指针

在指针的类型中我们知道有一种指针类型为字符指针 char* 。

一般使用方法：

int main()
{
  char ch = 'w';
  char *pc = &ch;
  *pc = 'w';
  return 0;
}

还有的使用方法：

int main()
{
  const char* pstr = "hello world.";//这里是把一个字符串放到pstr指针变量里了吗？
  printf("%s\n", pstr);
  return 0;
}

代码 const char* pstr = “hello world.”，特别容易让我们以为是把字符串 hello world 放到字符指针 pstr 里了，但是本质是把字符串 hello world中的首字符的地址放到了pstr中。

上面代码的意思就是把一个常量字符串的首字符的地址存放到指针变量pstr中。

因此，我们可能会遇到这样的面试题：

#include<stdio.h>
int main()
{
  char str1[] = "hello world.";
  char str2[] = "hello world.";
  const char* str3 = "hello world.";
  const char* str4 = "hello world.";
  if (str1 == str2)
    printf("str1 and str2 are same\n");
  else
    printf("str1 and str2 are not same\n");
  if (str3 == str4)
    printf("str3 and str4 are same\n");
  else
    printf("str3 and str4 are not same\n");
  return 0;
}

最终输出的结果：

这里str3和str4指向的是一个同一个常量字符串。C/C++会把常量字符串存储到单独的一个内存区域，当几个指针指向同一个字符串的时候，他们实际会指向同一块内存。但是用相同的常量字符串去初始化不同的数组的时候就会开辟出不同的内存块。所以str1和str2不同，str3和str4相同。


2. 指针数组

指针数组是一个存放指针的数组。

例如：

int* arr1[10]; //整形指针的数组
char *arr2[4]; //一级字符指针的数组
char **arr3[5];//二级字符指针的数组

3. 数组指针

3.1 数组指针的定义

数组指针是指针？还是数组？

答案是：指针。

我们已经熟悉：

整形指针： int *pint 是能够指向整形数据的指针。

浮点型指针： float *pf 是能够指向浮点型数据的指针。

那数组指针应该是：能够指向数组的指针。

下面代码哪个是数组指针？

int *p1[10];
int (*p2)[10];
//p1, p2分别是什么？
int (*p)[10];
//解释：p先和*结合，说明p是一个指针变量，然后指着指向的是一个大小为10个整型的数组。所以p是一个指针，指向一个数组，叫数组指针。
//这里要注意：[]的优先级要高于*号的，所以必须加上（）来保证p先和*结合。

3.2 &数组名VS数组名

对于下面的数组：

int arr[10];

arr 和 &arr 分别是啥？我们知道arr是数组名，数组名表示数组首元素的地址。那&arr数组名到底是啥？

我们看一段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
  int arr[10] = {0};
  printf("%p\n", arr);
  printf("%p\n", &arr);
  return 0;
}

运行结果：

可见数组名和&数组名打印的地址是一样的。难道两个是一样的吗？

我们再看一段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
printf("arr = %p\n", arr);
printf("&arr= %p\n", &arr);
printf("arr+1 = %p\n", arr+1);
printf("&arr+1= %p\n", &arr+1);
return 0;
}

运行结果：

根据上面的代码我们发现，其实&arr和arr，虽然值是一样的，但是意义应该不一样的。实际上： &arr 表示的是数组的地址，而不是数组首元素的地址。本例中 &arr 的类型是： int(*)[10] 是一种数组指针类型。数组的地址+1，跳过整个数组的大小，所以 &arr+1 相对于 &arr 的差值是40。


3.3 数组指针的使用

那数组指针是怎么使用的呢？既然数组指针指向的是数组，那数组指针中存放的应该是数组的地址。

例如：

#include <stdio.h>
int main()
{
  int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
  int (*p)[10] = &arr;//把数组arr的地址赋值给数组指针变量p
  //但是我们一般很少这样写代码
  return 0;
}

一个数组指针的使用：

#include <stdio.h>
void print_arr1(int arr[3][5], int row, int col)
{
  int i = 0;
  for(i=0; i<row; i++)
 {
    for(j=0; j<col; j++)
   {
      printf("%d ", arr[i][j]);
   }
    printf("\n");
 }
}
void print_arr2(int (*arr)[5], int row, int col)
{
  int i = 0;
  for(i=0; i<row; i++)
 {
    for(j=0; j<col; j++)
   {
      printf("%d ", arr[i][j]);
   }
    printf("\n");
 }
}
int main()
{
  int arr[3][5] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 print_arr1(arr, 3, 5);
  //数组名arr，表示首元素的地址
  //但是二维数组的首元素是二维数组的第一行
  //所以这里传递的arr，其实相当于第一行的地址，是一维数组的地址
  //可以数组指针来接收
  print_arr2(arr, 3, 5);
  return 0;
}

4. 数组传参和指针传参

在写代码的时候难免要把【数组】或者【指针】传给函数，那函数的参数该如何设计呢？

4.1 一维数组传参

#include <stdio.h>
void test(int arr[])//ok
{}
void test(int arr[10])//ok
{}
void test(int* arr)//ok
{}
void test2(int* arr[20])//ok
{}
void test2(int** arr)//ok
{}
int main()
{
  int arr[10] = { 0 };
  int* arr2[20] = { 0 };
  test(arr);
  test2(arr2);
  return 0;
}

4.2 二维数组传参

#include <stdio.h>
void test(int arr[3][5])//ok
{}
void test(int arr[][])//error
{}
void test(int arr[][5])//ok
{}
//总结：二维数组传参，函数形参的设计只能省略第一个[]的数字。
//因为对一个二维数组，可以不知道有多少行，但是必须知道一行多少元素。
//这样才方便运算。
void test(int* arr)//error
{}
void test(int* arr[5])//error
{}
void test(int(*arr)[5])//ok
{}
void test(int** arr)//error
{}
int main()
{
  int arr[3][5] = { 0 };
  test(arr);
  return 0;
}

二维数组的数组名，表示首元素的地址，其实就是第一行的地址。第一行的一个一维数组。

4.3 一级指针传参

传参方式：

#include <stdio.h>
void print(int *p, int sz)
{
  int i = 0;
  for(i=0; i<sz; i++)
  {
  printf("%d\n", *(p+i));
  }
}
int main()
{
  int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
  int *p = arr;
  int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
  //一级指针p，传给函数
  print(p, sz);
  return 0;
}

思考：

  • 当一个函数的参数部分为一级指针的时候，函数能接收什么参数？
    例如：
void test1(int *p)
{}
//test1函数能接收什么参数？
//一个int类型的元素、一个int类型的数组...
void test2(char* p)
{}
//test2函数能接收什么参数
//一个char类型的元素、一个char类型的数组...

4.4 二级指针传参

传参方式：

#include <stdio.h>
void test(int** ptr)
{
  printf("num = %d\n", **ptr);
}
int main()
{
  int n = 10;
  int*p = &n;
  int **pp = &p;
  test(pp);
  test(&p);
  return 0;
}

思考：

  • 当函数的参数为二级指针的时候，可以接收什么参数？
void test(char **p)
{
}
int main()
{
  char c = 'b';
  char*pc = &c;
  char**ppc = &pc;
  char* arr[10];
  test(&pc);
  test(ppc);
  test(arr);
  return 0;
}

5. 函数指针

首先看一段代码：

#include <stdio.h>
void test()
{
  printf("hello world.\n");
}
int main()
{
  printf("%p\n", test);
  printf("%p\n", &test);
  return 0;
}

运行结果：

输出的是两个地址，这两个地址是 test 函数的地址。那我们的函数的地址要想保存起来，怎么保存？

下面我们看代码：

void test()
{
  printf("hello world.\n");
}
//下面pfun1和pfun2哪个有能力存放test函数的地址？
void (*pfun1)();
void *pfun2();

首先，能给存储地址，就要求pfun1或者pfun2是指针，那哪个是指针？

答案是：

  • pfun1可以存放。pfun1先和*结合，说明pfun1是指针，指针指向的是一个函数，指向的函数无参数，返回值类型为void。
    阅读两段有趣的代码：
//代码1
(*(void (*)())0)();
//代码2
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);

代码1是一次函数调用，调用的是以0作为地址的函数。


  • 1、把0强制类型转换为：无参，返回类型为void的函数的地址
  • 2、调用0地址处的这个函数

代码2是函数声明，signal是函数名。


  • 声明的signal的函数的第一个参数类型为int；第二个参数类型为函数指针，该函数指针指向的函数参数是int，返回类型是void；signal函数 的返回类型也是一个函数指针，该函数指针指向的函数参数是int，返回类型是void。

注 :《C陷阱和缺陷》这本书中提及这两个代码。

代码2太复杂，如何简化：

typedef void(*pfun_t)(int);
pfun_t signal(int, pfun_t);

6. 函数指针数组

把函数的地址存到一个数组中，那这个数组就叫函数指针数组。

那下面哪个是函数指针数组？

int (*parr1[10])();
int *parr2[10]();
int (*)() parr3[10];

答案是：parr1

parr1 先和 [] 结合，说明 parr1是数组，数组的内容是什么呢？

是 int (*)() 类型的函数指针。

函数指针数组的用途：转移表

例子（计算器）：

未使用函数指针数组：

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
  return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
  return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
  return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
  return a / b;
}
int main()
{
  int x, y;
  int input = 1;
  int ret = 0;
  do
  {
    printf("*************************\n");
    printf(" 1:add      2:sub \n");
    printf(" 3:mul      4:div \n");
    printf("*************************\n");
    printf("请选择：");
    scanf("%d", &input);
    switch (input)
    {
    case 1:
      printf("输入操作数：");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = add(x, y);
      printf("ret = %d\n", ret);
      break;
    case 2:
      printf("输入操作数：");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = sub(x, y);
      printf("ret = %d\n", ret);
      break;
    case 3:
      printf("输入操作数：");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = mul(x, y);
      printf("ret = %d\n", ret);
      break;
    case 4:
      printf("输入操作数：");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = div(x, y);
      printf("ret = %d\n", ret);
      break;
    case 0:
      printf("退出程序\n");
      break;
    default:
      printf("选择错误\n");
      break;
    }
  } while (input);
  return 0;
}

使用函数指针数组：

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
  return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
  return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
  return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
  return a / b;
}
int main()
{
  int x, y;
  int input = 1;
  int ret = 0;
  int(*p[5])(int x, int y) = { 0, add, sub, mul, div }; //转移表
  while (input)
  {
    printf("*************************\n");
    printf(" 1:add      2:sub \n");
    printf(" 3:mul      4:div \n");
    printf("*************************\n");
    printf("请选择：");
    scanf("%d", &input);
    if ((input <= 4 && input >= 1))
    {
      printf("输入操作数：");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = (*p[input])(x, y);
    }
    else
      printf("输入有误\n");
    printf("ret = %d\n", ret);
  }
  return 0;
}

7. 指向函数指针数组的指针

我们知道了指向函数指针数组的指针是一个指针；指针指向一个数组，数组的元素都是函数指针 。如何定义指向函数指针数组的指针呢？

void test(const char* str)
{
  printf("%s\n", str);
}
int main()
{
  //函数指针pfun
  void (*pfun)(const char*) = test;
  //函数指针的数组pfunArr
  void (*pfunArr[5])(const char* str);
  pfunArr[0] = test;
  //指向函数指针数组pfunArr的指针ppfunArr
  void (*(*ppfunArr)[5])(const char*) = &pfunArr;
  return 0;
}

8. 回调函数

定义：

回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。

首先演示一下qsort函数的使用：

#include <stdio.h>
//qosrt函数的使用者得实现一个比较函数
int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{
  return (*( int *)p1 - *(int *) p2);
}
int main()
{
  int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
  int i = 0;
  qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof (int), int_cmp);
  for (i = 0; i< sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
  {
   printf( "%d ", arr[i]);
  }
  printf("\n");
  return 0;
}

使用回调函数，模拟实现qsort（采用冒泡的方式）。

#include <stdio.h>
int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{
  return (*( int *)p1 - *(int *) p2);
}
void _swap(void *p1, void * p2, int size)
{
   int i = 0;
   for (i = 0; i< size; i++)
  {
     char tmp = *((char *)p1 + i);
    *(( char *)p1 + i) = *((char *) p2 + i);
    *(( char *)p2 + i) = tmp;
  }
}
void bubble(void *base, int count , int size, int(*cmp )(void *, void *))
{
  int i = 0;
   int j = 0;
   for (i = 0; i< count - 1; i++)
  {
    for (j = 0; j<count-i-1; j++)
    {
       if (cmp ((char *) base + j*size , (char *)base + (j + 1)*size) > 0)
      {
        _swap(( char *)base + j*size, (char *)base + (j + 1)*size, size);
      }
    }
  }
}
int main()
{
  int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
  //char *arr[] = {"aaaa","dddd","cccc","bbbb"};
  int i = 0;
  bubble(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof (int), int_cmp);
  for (i = 0; i< sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
  {
    printf( "%d ", arr[i]);
  }
  printf("\n");
  return 0;
}
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