【指针的进阶】C语言

简介: 【指针的进阶】C语言



前情回顾:

指针的这块,我们在初级阶段已经接触过了,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

今天,我们将会把指针的内容彻底学习明白!

1. 字符指针

字符指针 - 指向字符的指针 - 存放字符变量的地址

对字符指针的表示一般有以下两种表示的方法:

int main()
{
  //第一种
  char ch = 'w';
  char* pc = &ch;
  //第二种
  const char* ps = "abcdef."; //注意这里的常量字符串不能被修改,加const修饰
  printf("%s\n", ps);
  return 0;
}

解释:

第一种:开始时我们在内存创建一个字符变量叫做ch,每个字符变量在内存中都有相应的地址,字符变量ch存放的内容为‘w’,紧接着我们创建了一个pc,PC里面存放的就是ch的地址;

第二种:开始时我们在内存中创建了一组常量字符串,放在内存中的某个地址处,意思是把一个常量字符串的首字符 a 的地址存放到指针变量 ps中,不能理解成把字符串‘abcdef’存放到ps中。

那就有可这样的面试题:

#include <stdio.h>
int main()
{
    char str1[] = "hello bit.";
    char str2[] = "hello bit.";
    const char *str3 = "hello bit.";
    const char *str4 = "hello bit.";
    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;
}

最终输出的结果为:

解释:

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不同。

这里比较的都是字符串的地址,如果要比较字符串的内容,我们可以使用strcmp函数进行相关的操作!

2. 指针数组

在之前的初阶,我们已经提到过有关指针数组的一些知识,指针数组是一个存放指针的数组,简单的在复习一下:

  1. int* arr1[10];
    这里我们创建了arr1数组,每个数组存放10个元素,每个元素的类型为int*
  2. char arr2[4];
    arr2先于后面的方块进行结合,意味着这是一个数组,每个数组存放4个元素,每个元素的类型为char
    ,它是一个存放一级指针的数组

3. 数组指针

3.1 数组指针的定义

我们已经熟悉:

整形指针: int * pint; 能够指向整形数据的指针;

浮点型指针: float * pf; 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。

举例说明:

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。

int arr[10] = {1,2,3,4,5};
int (* pa)[10] = &arr;   //取出的是数组的地址存放到pa中,pa是数组指针变量
  //int(*)[10] -> 数组指针类型

3.2 &数组名VS数组名

接下来通过一段代码来进行相应的说明与解释:

int main()
{
  int arr[10] = {0};
  printf("%p\n", arr);
  printf("%p\n", arr+1);
  printf("%p\n", &arr[0]);
  printf("%p\n", &arr[0]+1);
  printf("%p\n", &arr);
  printf("%p\n", &arr+1);
  return 0;
}

输出结果如下:

解释说明:

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,打印的结果也是如此,这里打印的结果是用16进制表示的,28实际为40,而50则表示为80,两者之间相差40与我们分析的一致。

注意:

数组名是数组首元素的地址有2个例外:

  1. sizeof(数组名)
  2. &数组名

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,一般可以用在二维数组的情况

void print1(int arr[3][5], int row, int col)
{
  int i = 0;
  int j = 0;
  for (i = 0; i < row; i++)
  {
    for (j = 0; j < col; j++)
    {
      printf("%d ", arr[i][j]);
    }
    printf("\n");
  }
}
void print2(int(*arr)[5], int row, int col)
{
  int i = 0;
  int j = 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
  
  print1(arr, 3, 5);
  //print2(arr, 3, 5);
  return 0;
}

4. 数组传参和指针传参

4.1 一维数组传参

void test(int arr[])
{}
void test(int arr[10])
{}
void test(int* arr)
{}
int main()
{
  int arr[10] = { 0 };
  test(arr);
  return 0;
}
void test2(int* arr[20])
{}
void test2(int** arr)
{}
int main()
{
  int* arr2[20] = { 0 };
  test2(arr2);
  return 0;
}

通过几道题目帮助大家更好的理解相关的概念:

int main()
{
  int a[] = { 1,2,3,4 };
  printf("%d\n", sizeof(a));
  printf("%d\n", sizeof(a + 0));
  printf("%d\n", sizeof(*a));
  printf("%d\n", sizeof(a + 1));
  printf("%d\n", sizeof(a[1]));
  printf("%d\n", sizeof(&a));
  printf("%d\n", sizeof(*&a));
  printf("%d\n", sizeof(&a + 1));
  printf("%d\n", sizeof(&a[0]));
  printf("%d\n", sizeof(&a[0] + 1));
  return 0;
}

解答:

一:16,a作为数组名单独放在sizeof内部,计算的是数组的总大小,单位是字节

二:a并非单独放在sizeof内部,也没有&,所以数组名a就是数组首元素的地址,a+0还是数组首元素的地址,是地址大小就是 4/8 个字节

三:a是首元素的地址,a就是首元素,sizeof(a)就算的就是首元素的大小 - 4
四:a是首元素的地址,a+1是第二个元素的地址,sizeof(a+1)计算的是指针的大小 - 4/8
五:a[1]就是数组的第二个元素,sizeof(a[1])的大小 - 4个字节
六:&a取出的数组的地址,数组的地址,也是地址呀,sizeof(&a)就是 4/8 个字节
七:&a是数组的地址,是数组指针类型,
&a是都数组指针解引用,访问一个数组的大小-16字节
//sizeof(
&a) ==> sizeof(a) =16

八:&a数组的地址,&a+1跳过整个数组,&a+1还是地址,是 4/8 个字节

九:a[0]是数组的第一个元素,&a[0]是第一个元素的地址,是 4/8 个字节

十:&a[0]是第一个元素的地址,&a[0]+1就是第二个元素的地址,是 4/8 个字节

4.2 二维数组传参

void test(int arr[][5])
{}
void test(int(*arr)[5])
{}
int main()
{
  int arr[3][5] = { 0 };
  test(arr);
}

在这里我们还是通过一些题目进行深入的理解:

int main()
{
  int a[3][4] = { 0 };
  printf("%d\n", sizeof(a));
  printf("%d\n", sizeof(a[0][0]));
  printf("%d\n", sizeof(a[0]));
  printf("%d\n", sizeof(a[0] + 1));
  printf("%d\n", sizeof(*(a[0] + 1)));
  printf("%d\n", sizeof(a + 1));
  printf("%d\n", sizeof(*(a + 1)));
  printf("%d\n", sizeof(&a[0] + 1));
  printf("%d\n", sizeof(*(&a[0] + 1)));
  printf("%d\n", sizeof(*a));
  printf("%d\n", sizeof(a[3]));
  return 0;
}

解答:

一:a是二维数组的数组名,数组名单独放在sizeof内部,计算的是数组的总大小,单位是字节–48

二:a[0][0]是一个整型元素,大小是4个字节

三:把二维数组的每一行看做一维数组的时候,a[0]是第一行的数组名,第一行的数组名单独放在sizeof内部,计算的是第一行的总大小,单位是字节 - 16

四:a[0]虽然是第一行的数组名,但是并非单独放在sizeof内部,a[0]作为第一行的数组名并非表示整个第一行这个数组,a[0]就是第一行首元素的地址,a[0]–> &a[0][0] - int*,a[0]+1,跳过一个int,是a[0][1]的地址 4/8字节

五:a[0]+1是第一行第二个元素的地址,所以*(a[0]+1)就是a[0][1],大小是4个字节

六:a是二维数组的数组名,没单独放在sizeof内部,也没有&,所以a就是数组首元素的地址,二维数组,我们把它想象成一维数组,它的第一个元素就是二维数组的第一行,a就是第一行的地址,a+1 是第二行的地址,是地址,大小就是 4/8 个字节

七:a+1是第二行的地址,(a+1) 找到的就是第二行,sizeof((a + 1))计算的就是第二行的大小–16

八:&a[0]是第一行的地址,&a[0]+1就是第二行的地址,sizeof(&a[0] + 1)计算的第二行地址大小–4/8

九:&a[0] + 1是第二行的地址,*(&a[0] + 1)拿到的就是第二行,大小就是16个字节

十:a表示首元素的地址,就是第一行的地址 - &a[0] --16

十一:a[3]是二维数组的第4行,虽然没有第四行,但是类型能够确定,大小就是确定的。大小就是一行的大小,单位是字节 - 16

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。

4.3 一级指针传参

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;
}

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?

具体如下:

void test(int *p)
{}
int a = 0;
test(&a);
int* ptr = &a;
test(ptr);
int arr[10];
test(arr);

4.4 二级指针传参

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;
}

当函数的参数为二级指针的时候,可以接收什么参数?

void test(int** p)
{}
int** ptr = ;
test(ptr);
int* p = ;
test(&p);
int* arr[10];
test(arr);

5. 函数指针

结合已下代码进行理解:

void test()
{
 printf("hehe\n");
}
int main()
{
 printf("%p\n", test);
 printf("%p\n", &test);
 return 0;
}

可以得到输出结果为:

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?

还是结合相应的代码进行理解:

void test()
{
 printf("hehe\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。

下面有两道题目,可以让大家对其进行深入理解:

(*(void (*)())0)();

第一步:void()(),可以明白这是一个函数指针类型。这个函数没有参数,没有返回值;
第二步:(void(
)())0,这是将0强制转换为函数指针类型,0是一个地址,也就是说一个函数存在首地址为0的一块区域内;

第三步:((void()())0),这是取0地址开始的一段内存里面的内容,其内容就是保存在首地址为0的一段区域内的函数;

第四步:((void()())0)(),这是函数调用;

最后加了一个分号,就变成了原来的样子,所以最终的结果是,这是一条函数调用语句

总结一句话就是把0直接转换成一个void(*)()的函数指针,然后去调用0地址处的函数

代码看起来不好理解,可以用typedef来帮助使表述更加清晰:

typedef void (pfun_t)();
(
(pfun_t)0)();

第二题:

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

上述代码是一次函数声明

声明的函数叫:signal

signal函数的第一个参数是int类型的

signal函数的第二个参数是一个函数指针类型,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类型,该函数指针指向的函数参数是int,返回类型是void

代码太过复杂,可以进行如下简化:

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,那函数指针的数组如何定义呢?

int (*parr1[10])();

parr1 先和 [] 结合,说明 parr1是数组,数组的内容是 int (*)() 类型的函数指针。

注意:

函数指针数组的用途:转移表

这里通过设计计算器的例子简要概述一下:

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

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

int (* (* ppfArr)) (int, int) = & pfArr

ppfArr是一个指向函数指针数组的指针,指针指向的数组有4个元素,指向的数组的每个元素的类型是一个函数指针 int(*)(int, int),ppfArr是一个指向 [ 函数指针数组 ] 的指针

这个知识点大家了解即可,看到要知道什么意思。

8. 回调函数

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。

例如上述的计算器的实现,我们可以写成以下形式:

int Add(int x, int y)
{
  return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
  return x - y;
}
int Mul(int x, int y)
{
  return x * y;
}
int Div(int x, int y)
{
  return x / y;
}
void menu()
{
  printf("***************************\n");
  printf("***** 1.add    2. sub  ****\n");
  printf("***** 3.mul    4. div  ****\n");
  printf("***** 0.exit           ****\n");
  printf("***************************\n");
}
int main()
{
  int input = 0;
  int x = 0;
  int y = 0;
  int ret = 0;
  do
  {
    menu();
    printf("请选择:>");
    scanf("%d", &input);
    
    switch (input)
    {
    case 1:
      printf("请输入2个操作数:>");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = Add(x, y);
      printf("%d\n", ret);
      break;
    case 2: 
      printf("请输入2个操作数:>");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = Sub(x, y);
      printf("%d\n", ret);
      break;
    case 3:
      printf("请输入2个操作数:>");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = Mul(x, y);
      printf("%d\n", ret);
      break;
    case 4:
      printf("请输入2个操作数:>");
      scanf("%d %d", &x, &y);
      ret = Div(x, y);
      printf("%d\n", ret);
      break;
    case 0:
      printf("退出计算器\n");
      break;
    default:
      printf("选择错误\n");
      break;
    }
  } while (input);
}

对于上述代码,我们不难发现出现了大量的重复项,会造成一定的浪费的情况,那么我们可以如何解决呢?

int Add(int x, int y)
{
  return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
  return x - y;
}
int Mul(int x, int y)
{
  return x * y;
}
int Div(int x, int y)
{
  return x / y;
}
void menu()
{
  printf("***************************\n");
  printf("***** 1.add    2. sub  ****\n");
  printf("***** 3.mul    4. div  ****\n");
  printf("***** 0.exit           ****\n");
  printf("***************************\n");
}
void calc(int (*p)(int, int))
{
  int x = 0;
  int y = 0;
  int ret = 0;
  printf("请输入2个操作数:>");
  scanf("%d %d", &x, &y);
  ret = p(x, y);
  printf("%d\n", ret);
}
int main()
{
  int input = 0;
  do
  {
    menu();
    printf("请选择:>");
    scanf("%d", &input);    
    switch (input)
    {
    case 1:
      calc(Add);
      break;
    case 2: 
      calc(Sub);
      break;
    case 3:
      calc(Mul);
      break;
    case 4:
      calc(Div);
      break;
    case 0:
      printf("退出计算器\n");
      break;
    default:
      printf("选择错误\n");
      break;
    }
  } while (input);
}

在这里我们不是直接调用计算器的加减乘除函数,我们把各个函数的地址进行传递,由函数指针接收过后在适当的位置由函数指针去调用相应的函数实现相应的功能。

9. 指针笔试题

第一题:

int main()
{
    int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int *ptr = (int *)(&a + 1);
    printf( "%d,%d", *(a + 1), *(ptr - 1));
    return 0;
}

输出结果为:

解答:

a表示的是数组的数组名,代表的是数组首元素的地址,a+1表示的则表示的是指向2处所代表的地址,因此*(a+1)则表示的是2处地址所代表的内容,及为2;

而对&a则表示的是整个数组,对其进行(&a+1)的操作代表的是跳过一整个数组的内容,赋值给ptr,对ptr进行进行减一的操作,即为指向5地址处,对其进行解引用操作即表示的是5

因此最后的结果为2和5

第二题:

int main()
{
    int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
    int *ptr1 = (int *)(&a + 1);
    int *ptr2 = (int *)((int)a + 1);
    printf( "%x,%x", ptr1[-1], *ptr2);
    return 0;
}

%p:以16进制的格式打印

%x:是打印地址

结果为:

解答:

1.对于ptr1,ptr1【-1】等价为*(ptr1-1),同上我们可以得到,&a即为数组的地址,对其进行加一的操作,即代表的是跳过一个数组,紧接着对其进行减一的操作,在进行解引用,即表示的是4地址处所代表的内容,即为4

2. 对于ptr2而言,a为数组首元素的内容,对其强制转换为int,在这里我们假设为数组的地址如下:

![在这里插入图片描述](https://ucc.alicdn.com/images/user-upload-01/cb91a33d70ad46f583e75a87fe531e42.png

两者之间相差一个字节,又因为为小端存储,及最后表示为2000000

第三题:

int main()
{
  int a[3][2] = { (0, 1), (2, 3), (4, 5) };
  int* p;
  p = a[0];
  printf("%d", p[0]);
  return 0;
}

结果为:

解答:

数组的初始化内容有逗号表达式,结果是最后一项的结果,实际上数组初始化的是1,3,5,即:

&【0】相当于就是&a[0][0],即为1,而*(p+0)可以表示为没有加,即最后拿出来的还是1

到此,有关指针的内容我们就全部讲解完了,指针对于许多初学者来说是非常难的,大家多多练习,一起翻越这座大山!

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