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C指针

指针是c和c++中的难点和重点。我只精通dos下的basic。c语言的
其它各种特性,在basic中都有类似的东西。只有指针,是baisc所不具备的。指针是c的灵魂。
第一章。指针的概念
    指针是一个特殊的变量,它里面存储的数值被解释成为内存里的一
个地址。
要搞清一个指针需要搞清指针的四方面的内容:
.  指针的类型,
指针所指向的类型,
指针的值或者叫指针所指向的内存区,
还有指针本身所占据的内存区。
让我们分别说明。
先声明几个指针放着做例子:
例一:
(1)int *ptr;
(2)char *ptr;
(3)int **ptr;
(4)int (*ptr)[3];
(5)int *(*ptr)[4];
如果看不懂后几个例子的话,请参阅我前段时间贴出的文?lt;<如
何理解c和c ++的复杂类型声明>>。
1。 指针的类型。
从语法的角度看,你只要把指针声明语句里的指针名字去掉,剩下
的部分就是这个指针的类型。这是指针本身所具有的类型。让我们看看例一中各个指针的类型:
(1)int *ptr; //指针的类型是int *
(2)char *ptr; //指针的类型是char *
(3)int **ptr; //指针的类型是 int **
(4)int (*ptr)[3]; //指针的类型是 int(*)[3]
(5)int *(*ptr)[4]; //指针的类型是 int *(*)[4]
怎么样?找出指针的类型的方法是不是很简单?
2。指针所指向的类型。
当你通过指针来访问指针所指向的内存区时,指针所指向的类型决
定了编译器将把那片内存区里的内容当做什么来看待。
从语法上看,你只须把指针声明语句中的指针名字和名字左边的指
针声明符*去掉,剩下的就是指针所指向的类型。例如:
(1)int *ptr; //指针所指向的类型是int
(2)char *ptr; //指针所指向的的类型是char
(3)int **ptr; //指针所指向的的类型是 int *
(4)int (*ptr)[3]; //指针所指向的的类型是 int()[3]
(5)int *(*ptr)[4]; //指针所指向的的类型是 int *()[4]
在指针的算术运算中,指针所指向的类型有很大的作用。
指针的类型(即指针本身的类型)和指针所指向的类型是两个概念。
当你对C越来越熟悉时,你会发现,把与指针搅和在一起的"类型"这个概念分成"指针的类
型"和"指针所指向的类型"两个概念,是精通指针的关键点之一。我看了不少书,发现有些
写得差的书中,就把指针的这两个概念搅在一起了,所以看起书来前后矛盾,越看越糊
涂。
3。 指针的值,或者叫指针所指向的内存区或地址。
指针的值是指针本身存储的数值,这个值将被编译器当作一个地
址,而不是一个一般的数值。在32位程序里,所有类型的指针的值都是一个32位整数,因
为32位程序里内存地址全都是32位长。
指针所指向的内存区就是从指针的值所代表的那个内存地址开始,
长度为sizeof(指针所指向的类型)的一片内存区。以后,我们说一个指针的值是XX,就相
当于说该指针指向了以XX为首地址的一片内存区域;我们说一个指针指向了某块内存区
域,就相当于说该指针的值是这块内存区域的首地址。
指针所指向的内存区和指针所指向的类型是两个完全不同的概念。
在例一中,指针所指向的类型已经有了,但由于指针还未初始化,所以它所指向的内存区
是不存在的,或者说是无意义的。
以后,每遇到一个指针,都应该问问:这个指针的类型是什么?指
针指向的类型是什么?该指针指向了哪里?
4。 指针本身所占据的内存区。
指针本身占了多大的内存?你只要用函数sizeof(指针的类型)测一
下就知道了。在32位平台里,指针本身占据了4个字节的长度。
指针本身占据的内存这个概念在判断一个指针表达式是否是左值时
很有用。
第二章。指针的算术运算
指针可以加上或减去一个整数。指针的这种运算的意义和通常的数
值的加减运算的意义是不一样的。例如:
例二:
1。 char a[20];
2。 int *ptr=a;
...
...
3。 ptr++;
在上例中,指针ptr的类型是int*,它指向的类型是int,它被初始
化为指向整形变量a。接下来的第3句中,指针ptr被加了1,编译器是这样处理的:它把指
针ptr的值加上了sizeof(int),在32位程序中,是被加上了4。由于地址是用字节做单位
的,故ptr所指向的地址由原来的变量a的地址向高地址方向增加了4个字节。
由于char类型的长度是一个字节,所以,原来ptr是指向数组a的第
0号单元开始的四个字节,此时指向了数组a中从第4号单元开始的四个字节。
我们可以用一个指针和一个循环来遍历一个数组,看例子:
例三:
int array[20];
int *ptr=array;
...
//此处略去为整型数组赋值的代码。
...
for(i=0;i<20;i++)
{
(*ptr)++;
ptr++;
}
这个例子将整型数组中各个单元的值加1。由于每次循环都将指针
ptr加1,所以每次循环都能访问数组的下一个单元。再看例子:
例四:
1。 char a[20];
2。 int *ptr=a;
...
...
3。 ptr+=5;
在这个例子中,ptr被加上了5,编译器是这样处理的:将指针ptr
的值加上5乘sizeof(int),在32位程序中就是加上了5乘4=20。由于地址的单位是字节,故
现在的ptr所指向的地址比起加5后的ptr所指向的地址来说,向高地址方向移动了20个字
节。在这个例子中,没加5前的ptr指向数组a的第0号单元开始的四个字节,加5后,ptr已
经指向了数组a的合法范围之外了。虽然这种情况在应用上会出问题,但在语法上却是可以
的。这也体现出了指针的灵活性。
如果上例中,ptr是被减去5,那么处理过程大同小异,只不过ptr
的值是被减去5乘sizeof(int),新的ptr指向的地址将比原来的ptr所指向的地址向低地址
方向移动了20个字节。
总结一下,一个指针ptrold加上一个整数n后,结果是一个新的指
针ptrnew,ptrnew的类型和ptrold的类型相同,ptrnew所指向的类型和ptrold所指向的类
型也相同。ptrnew的值将比ptrold的值增加了n乘sizeof(ptrold所指向的类型)个字节。就
是说,ptrnew所指向的内存区将比ptrold所指向的内存区向高地址方向移动了n乘sizeof
(ptrold所指向的类型)个字节。
a一个指针ptrold减去一个整数n后,结果是一个新的指针ptrnew,
ptrnew的类型和ptrold的类型相同,ptrnew所指向的类型和ptrold所指向的类型也相同。
ptrnew的值将比ptrold的值减少了n乘sizeof(ptrold所指向的类型)个字节,就是说,
ptrnew所指向的内存区将比ptrold所指向的内存区向低地址方向移动了n乘sizeof(ptrold
所指向的类型)个字节。
第三章。运算&和*
这里&是取地址运算符,*是...书上叫做"间接运算符"。
int *a
&a的运算结果是一个指针,指针的类型是a的类型加个*,指针所指
向的类型是a的类型,指针所指向的地址嘛,那就是a的地址。
*p的运算结果就五花八门了。总之*p的结果是p所指向的东西,这
个东西有这些特点:它的类型是p指向的类型,它所占用的地址是p所指向的地址。
例五:
int a=12;
int b;
int *p;
int **ptr;
p=&a;//&a的结果是一个指针,类型是int*,指向的类型是int,指
向的地址是a的地址。
*p=24;//*p的结果,在这里它的类型是int,它所占用的地址是p所
指向的地址,显然,*p就是变量a。
ptr=&p;//&p的结果是个指针,该指针的类型是p的类型加个*,在
这里是int**。该指针所指向的类型是p的类型,这里是int*。该指针所指向的地址就是指针p自己的地址。
*ptr=&b;//*ptr是个指针,&b的结果也是个指针,且这两个指针的
类型和所指向的类型是一样的,所以用&b来给*ptr赋值就是毫无问题的了。
**ptr=34;//*ptr的结果是ptr所指向的东西,在这里是一个指针,
对这个指针再做一次*运算,结果就是一个int类型的变量。
第四章。指针表达式。
一个表达式的最后结果如果是一个指针,那么这个表达式就叫指针
表达式。
下面是一些指针表达式的例子:
例六:
int a,b;
int array[10];
int *pa;
pa=&a;//&a是一个指针表达式。
int **ptr=&pa;//&pa也是一个指针表达式。
*ptr=&b;//*ptr和&b都是指针表达式。
pa=array;
pa++;//这也是指针表达式。
例七:
char *arr[20];
char **parr=arr;//如果把arr看作指针的话,arr也是指针表达式
char *str;
str=*parr;//*parr是指针表达式
str=*(parr+1);//*(parr+1)是指针表达式
str=*(parr+2);//*(parr+2)是指针表达式
由于指针表达式的结果是一个指针,所以指针表达式也具有指针所
具有的四个要素:指针的类型,指针所指向的类型,指针指向的内存区,指针自身占据的
内存。
好了,当一个指针表达式的结果指针已经明确地具有了指针自身占
据的内存的话,这个指针表达式就是一个左值,否则就不是一个左值。
在例七中,&a不是一个左值,因为它还没有占据明确的内存。*ptr
是一个左值,因为*ptr这个指针已经占据了内存,其实*ptr就是指针pa,既然pa已经在内
存中有了自己的位置,那么*ptr当然也有了自己的位置。
第五章。数组和指针的关系
如果对声明数组的语句不太明白的话,请参阅我前段时间贴出的
文?lt;<如何理解c和c++的复杂类型声明>>。
数组的数组名其实可以看作一个指针。看下例:
例八:
int array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},value;
...
...
value=array[0];//也可写成:value=*array;
value=array[3];//也可写成:value=*(array+3);
value=array[4];//也可写成:value=*(array+4);
上例中,一般而言数组名array代表数组本身,类型是int [10],
但如果把array看做指针的话,它指向数组的第0个单元,类型是int *,所指向的类型是数
组单元的类型即int。因此*array等于0就一点也不奇怪了。同理,array+3是一个指向数组
第3个单元的指针,所以*(array+3)等于3。其它依此类推。
例九:
char *str[3]={
"Hello,this is a sample!","Hi,good morning.","Hello world"
};
char s[80];
strcpy(s,str[0]);//也可写成strcpy(s,*str);
strcpy(s,str[1]);//也可写成strcpy(s,*(str+1));
strcpy(s,str[2]);//也可写成strcpy(s,*(str+2));
上例中,str是一个三单元的数组,该数组的每个单元都是一个指
针,这些指针各指向一个字符串。把指针数组名str当作一个指针的话,它指向数组的第0
号单元,它的类型是char**,它指向的类型是char *。
*str也是一个指针,它的类型是char*,它所指向的类型是char,
它指向的地址是字符串"Hello,this is a sample!"的第一个字符的地址,即'H'的地址。
str+1也是一个指针,它指向数组的第1号单元,它的类型是
char**,它指向的类型是char *。
*(str+1)也是一个指针,它的类型是char*,它所指向的类型是
char,它指向"Hi,good morning."的第一个字符'H',等等。
下面总结一下数组的数组名的问题。声明了一个数组TYPE array
[n],则数组名称array就有了两重含义:第一,它代表整个数组,它的类型是TYPE [n];
第二,它是一个指针,该指针的类型是TYPE*,该指针指向的类型是TYPE,也就是数组单元
的类型,该指针指向的内存区就是数组第0号单元,该指针自己占有单独的内存区,注意它
和数组第0号单元占据的内存区是不同的。该指针的值是不能修改的,即类似array++的表
达式是错误的。
在不同的表达式中数组名array可以扮演不同的角色。
在表达式sizeof(array)中,数组名array代表数组本身,故这时
sizeof函数测出的是整个数组的大小。
在表达式*array中,array扮演的是指针,因此这个表达式的结果
就是数组第0号单元的值。sizeof(*array)测出的是数组单元的大小。
表达式array+n(其中n=0,1,2,....。)中,array扮演的是指
针,故array+n的结果是一个指针,它的类型是TYPE*,它指向的类型是TYPE,它指向数组
第n号单元。故sizeof(array+n)测出的是指针类型的大小。
例十:
int array[10];
int (*ptr)[10];
ptr=&array;
上例中ptr是一个指针,它的类型是int (*)[10],他指向的类型是
int [10],我们用整个数组的首地址来初始化它。在语句ptr=&array中,array代表数组本
身。
本节中提到了函数sizeof(),那么我来问一问,sizeof(指针名称)
测出的究竟是指针自身类型的大小呢还是指针所指向的类型的大小?答案是前者。例如:
int (*ptr)[10];
则在32位程序中,有:
sizeof(int(*)[10])==4
sizeof(int [10])==40
sizeof(ptr)==4
实际上,sizeof(对象)测出的都是对象自身的类型的大小,而不是
别的什么类型的大小。
第六章。指针和结构类型的关系
可以声明一个指向结构类型对象的指针。
例十一:
struct MyStruct
{
int a;
int b;
int c;
}
MyStruct ss={20,30,40};//声明了结构对象ss,并把ss的三个成
员初始化为20,30和40。
MyStruct *ptr=&ss;//声明了一个指向结构对象ss的指针。它的类
型是MyStruct*,它指向的类型是MyStruct。
int *pstr=(int*)&ss;//声明了一个指向结构对象ss的指针。但是
它的类型和它指向的类型和ptr是不同的。
请问怎样通过指针ptr来访问ss的三个成员变量?
答案:
ptr->a;
ptr->b;
ptr->c;
又请问怎样通过指针pstr来访问ss的三个成员变量?
答案:
*pstr;//访问了ss的成员a。
*(pstr+1);//访问了ss的成员b。
*(pstr+2)//访问了ss的成员c。
呵呵,虽然我在我的MSVC++6.0上调式过上述代码,但是要知道,
这样使用pstr来访问结构成员是不正规的,为了说明为什么不正规,让我们看看怎样通过
指针来访问数组的各个单元:
例十二:
int array[3]={35,56,37};
int *pa=array;
通过指针pa访问数组array的三个单元的方法是:
*pa;//访问了第0号单元
*(pa+1);//访问了第1号单元
*(pa+2);//访问了第2号单元
从格式上看倒是与通过指针访问结构成员的不正规方法的格式一
样。
所有的C/C++编译器在排列数组的单元时,总是把各个数组单元存
放在连续的存储区里,单元和单元之间没有空隙。但在存放结构对象的各个成员时,在某
种编译环境下,可能会需要字对齐或双字对齐或者是别的什么对齐,需要在相邻两个成员
之间加若干"填充字节",这就导致各个成员之间可能会有若干个字节的空隙。
所以,在例十二中,即使*pstr访问到了结构对象ss的第一个成员
变量a,也不能保证*(pstr+1)就一定能访问到结构成员b。因为成员a和成员b之间可能会有
若干填充字节,说不定*(pstr+1)就正好访问到了这些填充字节呢。这也证明了指针的灵活
性。要是你的目的就是想看看各个结构成员之间到底有没有填充字节,嘿,这倒是个不错
的方法。
通过指针访问结构成员的正确方法应该是象例十二中使用指针ptr
的方法。
第七章。指针和函数的关系
可以把一个指针声明成为一个指向函数的指针。
int fun1(char*,int);
int (*pfun1)(char*,int);
pfun1=fun1;
....
....
int a=(*pfun1)("abcdefg",7);//通过函数指针饔煤?
可以把指针作为函数的形参。在函数调用语句中,可以用指针表达
式来作为 实参。
例十三:
int fun(char*);
int a;
char str[]="abcdefghijklmn";
a=fun(str);
...
...
int fun(char*s)
{
int num=0;
for(int i=0;i
{
num+=*s;s++;
}
return num;
}
这个例子中的函数fun统计一个字符串中各个字符的ASCII码值之
和。前面说了,数组的名字也是一个指针。在函数调用中,当把str作为实参传递给形参s
后,实际是把str的值传递给了s,s所指向的地址就和str所指向的地址一致,但是str和s
各自占用各自的存储空间。在函数体内对s进行自加1运算,并不意味着同时对str进行了自
加1运算。
第八章。指针类型转换
当我们初始化一个指针或给一个指针赋值时,赋值号的左边是一个
指针,赋值号的右边是一个指针表达式。在我们前面所举的例子中,绝大多数情况下,指
针的类型和指针表达式的类型是一样的,指针所指向的类型和指针表达式所指向的类型是
一样的。
例十四:
1。 float f=12.3;
2。 float *fptr=&f;
3。 int *p;
在上面的例子中,假如我们想让指针p指向实数f,应该怎么搞?是
用下面的 语句吗?
p=&f;
不对。因为指针p的类型是int*,它指向的类型是int。表达式&f的
结果是一个指针,指针的类型是float*,它指向的类型是float。两者不一致,直接赋值的
方法是不行的。至少在我的MSVC++6.0上,对指针的赋值语句要求赋值号两边的类型一致,
所指向的类型也一致,其它的编译器上我没试过,大家可以试试。为了实现我们的目的,
需要进行"强制类型转换":
p=(int*)&f;
如果有一个指针p,我们需要把它的类型和所指向的类型改为TYEP*
和TYPE,那么语法格式是:
(TYPE*)p;
这样强制类型转换的结果是一个新指针,该新指针的类型是
TYPE*,它指向的类型是TYPE,它指向的地址就是原指针指向的地址。而原来的指针p的一
切属性都没有被修改。
一个函数如果使用了指针作为形参,那么在函数调用语句的实参和
形参的结合过程中,也会发生指针类型的转换。
例十五:
void fun(char*);
int a=125,b;
fun((char*)&a);
...
...
void fun(char*s)
{
char c;
c=*(s+3);*(s+3)=*(s+0);*(s+0)=c;
c=*(s+2);*(s+2)=*(s+1);*(s+1)=c;
}
}
注意这是一个32位程序,故int类型占了四个字节,char类型占一
个字节。函数fun的作用是把一个整数的四个字节的顺序来个颠倒。注意到了吗?在函数调
用语句中,实参&a的结果是一个指针,它的类型是int *,它指向的类型是int。形参这个
指针的类型是char*,它指向的类型是char。这样,在实参和形参的结合过程中,我们必须
进行一次从int*类型到char*类型的转换。结合这个例子,我们可以这样来想象编译器进行
转换的过程:编译器先构造一个临时指针 char*temp,然后执行temp=(char*)&a,最后再
把temp的值传递给s。所以最后的结果是:s的类型是char*,它指向的类型是char,它指向
的地址就是a的首地址。
我们已经知道,指针的值就是指针指向的地址,在32位程序中,指
针的值其实是一个32位整数。那可不可以把一个整数当作指针的值直接赋给指针呢?就象
下面的语句:
unsigned int a;
TYPE *ptr;//TYPE是int,char或结构类型等等类型。
...
...
a=20345686;
ptr=20345686;//我们的目的是要使指针ptr指向地址20345686(十
进制)
ptr=a;//我们的目的是要使指针ptr指向地址20345686(十进制)
编译一下吧。结果发现后面两条语句全是错的。那么我们的目的就
不能达到了吗?不,还有办法:
unsigned int a;
TYPE *ptr;//TYPE是int,char或结构类型等等类型。
...
...
a=某个数,这个数必须代表一个合法的地址;
ptr=(TYPE*)a;//呵呵,这就可以了。
严格说来这里的(TYPE*)和指针类型转换中的(TYPE*)还不一样。这
里的(TYPE*)的意思是把无符号整数a的值当作一个地址来看待。
上面强调了a的值必须代表一个合法的地址,否则的话,在你使用
ptr的时候,就会出现非法操作错误。
想想能不能反过来,把指针指向的地址即指针的值当作一个整数取
出来。完全可以。下面的例子演示了把一个指针的值当作一个整数取出来,然后再把这个
整数当作一个地址赋给一个指针:
例十六:
int a=123,b;
int *ptr=&a;
char *str;
b=(int)ptr;//把指针ptr的值当作一个整数取出来。
str=(char*)b;//把这个整数的值当作一个地址赋给指针str。
好了,现在我们已经知道了,可以把指针的值当作一个整数取出
来,也可以把一个整数值当作地址赋给一个指针。
第九章。指针的安全问题
看下面的例子:
例十七:
char s='a';
int *ptr;
ptr=(int*)&s;
*ptr=1298;
指针ptr是一个int*类型的指针,它指向的类型是int。它指向的地
址就是s的首地址。在32位程序中,s占一个字节,int类型占四个字节。最后一条语句不但
改变了s所占的一个字节,还把和s相临的高地址方向的三个字节也改变了。这三个字节是
干什么的?只有编译程序知道,而写程序的人是不太可能知道的。也许这三个字节里存储
了非常重要的数据,也许这三个字节里正好是程序的一条代码,而由于你对指针的马虎应
用,这三个字节的值被改变了!这会造成崩溃性的错误。
让我们再来看一例:
例十八:
1。 char a;
2。 int *ptr=&a;
...
...
3。 ptr++;
4。 *ptr=115;
该例子完全可以通过编译,并能执行。但是看到没有?第3句对指
针ptr进行
自加1运算后,ptr指向了和整形变量a相邻的高地址方向的一块存
储区。这块存储区里是什么?我们不知道。有可能它是一个非常重要的数据,甚至可能是
一条代码。而第4句竟然往这片存储区里写入一个数据!这是严重的错误。所以在使用指针
时,程序员心里必须非常清楚:我的指针究竟指向了哪里。
在用指针访问数组的时候,也要注意不要超出数组的低端和高端界
限,否则也会造成类似的错误。
在指针的强制类型转换:ptr1=(TYPE*)ptr2中,如果sizeof(ptr2
的类型)大于sizeof(ptr1的类型),那么在使用指针ptr1来访问ptr2所指向的存储区时是安
全的。如果sizeof(ptr2的类型)小于sizeof(ptr1的类型),那么在使用指针ptr1来访问
ptr2所指向的存储区时是不安全的。至于为什么,读者结合例十七来想一想,应该会明白
的。

博主
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