指針是什么?

指針和其他的int, float等類似, 是一種類型. 有類型就有相應類型的變量和常量. 本文主要討論變量的情況.

指針變量就是一種變量, 和其他種類的變量類似, 但指針和其他變量又有區別.

首先C語言作為一種類型語言, 每個變量都會有幾個屬性.

• 變量名稱.

• 變量類型.

• 變量的值.

例如int a = 3, 變量名稱就是a, 變量類型是int, 變量的值是3, 如果不提供初始值, 那么變量的值可能是一個隨機值.

也就是說, 任何時候看到一個變量, 就會有這3個屬性.

對于指針變量, 可以認為有4個屬性.

• 指針變量的名稱.

• 指針變量的類型, 即指針類型.

• 指針變量的值, 即一個地址.

• 指針變量的值所指向的內存里的數據類型. 本文稱做"指向類型".

可以看到指針變量的關鍵在于指針所指向的內存里面數據的類型.

例如int a = 3; int *b = &a;

指針變量名稱是b, 指針變量類型是指針, 變量b的值是變量a的內存地址. 變量b所指向的內存的數據類型是int.?

指針變量多了一個"變量b所指向的內存的數據類型是int”, 本文將指針變量所指向的內存的數據類型稱做指向類型.

任何時候看到一個指針就需要關注4點內容: 名稱, 指針類型, 指針值, 指向類型. 搞清楚這幾個內容, 就可以弄明白指針怎么回事, 當然還要記憶 一些例外的情形.

類型

對于C語言來說, 搞清楚變量的類型相當重要, 涉及到指針的時候就更加重要. 看到一個指針變量后需要理解其指向類型.

例如char * const * (*next)(), next是一個指針, 那么其指向類型是什么? 這個聲明/定義比較復雜, 日常編程可能就會碰到比較 復雜的情況, 所以要搞清楚指針首先要懂得怎么看一個聲明/定義的變量的類型.

如果看到一個變量的聲明或者定義, 那么就需要弄明白變量的類型. 在<<c專家編程>>這本書中有一部分內容專門講解怎么分析 一個變量的類型, 值得參考.

理解類型的規則

從變量名稱開始讀取, 然后依照優先級按順序處理.

優先級從高到低 a. 括號內優先級高. b. 后綴操作符, ()表示一個函數, []表示一個數組. c. 前綴操作符,?*表示"指向...的指針"

如果const, volatile后面為類型(int, long等), 那么作用于類型, 其他情況下作用于const, volatile左邊的指針*.

char * const * (*next)()

按照上面的規則來理解next的類型

括號內的優先級最高, 即首先看(*next)

next左邊為*, 因此next是一個指針類型

然后后綴()的優先級更高, 因此next是一個指針, 指向一個函數.

接著是const右邊的*, 表示next是一個指針, 指向一個函數, 該函數返回值類型為一個指針.

char * const看作一個整體為指向字符的常量指針.

整個來說: next是一個指針, 指向一個函數, 函數的返回值也是一個指針, 指向一個類型為char的常量指針.

更詳細的可以參考<<c專家編程>>

類型有什么用?

C語言為類型語言, 即每個變量都有類型. 類型在變量的賦值, 函數傳參, 編譯檢查等等方面都會用到.

類型可以確定數據的大小和操作.

例如int a = 3, 那么在內存中會存儲一個數據3, 那么對于int類型具體來說.

這個數據3會占用4字節(常見32位機器與64位機器上int類型占用4字節). 實際上是有4字節的內存, 內容是0×00000003. 因此int類型就規定了占用的內存大小.

對于int類型就可以進行+,-,*,/等操作, 但是不能進行取指針值(*a)的操作. 能夠進行什么操作, 也是由類型規定的.

那么對于指針來說, 其指向類型就非常重要, 指向類型就規定了指針的值所指向的內存的數據是什么類型, 也就是占用多大內存, 可以進行什么操作.

sizeof

只要類型確定, 那么便可以用sizeof計算類型占用的內存大小, 這個是編譯階段便可以確定的.

對于指針類型來說, 所有指針類型占用的內存大小基本都是一樣的, 例如在32bit的機器上占用4字節, 在64bit的機器上占用8字節.

下面代碼的變量a和變量b都是指針類型, 但是指向類型不同. 因此sizeof(a)和sizeof(b)的值相等, 但是sizeof(*a)和sizeof(*b)不相等.

int *a; double *b;sizeof(a) == sizeof(b); sizeof(*a) != sizeof(*b);

指針類型的操作

可以對指針變量進行+操作.

double a[3] = {1, 2, 3}; double *b = a;printf("b: %p, content: %f\n", b, *b); printf("b+1: %p, content: %f\n", b+1, *(b+1));int c[3] = {1, 2, 3}; int *d = d;printf("d: %p, content: %d\n", d, *d); printf("d+1: %p, content: %d\n", d+1, *(d+1));

運行結果

b: 0x7fff5f9ec7e0, content: 1.000000 b+1: 0x7fff5f9ec7e8, content: 2.000000 d: 0x7fff5f9ec7d0, content: 1 d+1: 0x7fff5f9ec7d4, content: 2

可以看到b+1的值比b要大8. d+1的值比b要大4. b+1實際上是指向a[1]的內存地址. d+1是指向c[1]的內存地址.

有如下公式成立, 指針做加法后的指針變量值和指向類型占用的內存大小相關.

指針變量 + 數字 = 指針變量值 + 數字 * sizeof(指向類型)

可以看到指向類型除了告訴你指針指向的內存里面的數據類型, 在指針變量的相關運算上也是有用的.

數組類型

數組與指針有一定的相似, 同時又很不一樣.

數組與指針的關鍵區別在于數組名是一個常量(和const常量不同). const常量表示變量的內容不會變化, 實際上還是一個變量. 這里所說的數組名為一個常量, 可以理解數組名稱是一個內存地址值, 例如0×7fff5f9ec7d4.

以下面的例子來說, a本身不會占用內存, 占用內存的是a[0], a[1], a[2], 實際上a所表示的這塊內存才是數組變量.

int a[10] = {0}; int *b = a; int (*d)[10]= &a; int c;c = a[1]; c = b[1];

那么a[1]和b[1]的區別就在于數組是一個常量, 而不是變量(變量本身需要占用內存).

執行c = a[1]是直接從a表示的內存地址偏移4字節的內存中取數據. 僅包含一次內存讀操作.

執行c = b[1]是首先從內存中取出變量b的值, 然后將變量b的值偏移4字節, 然后從這個地址的內存中取數據. 包含2次內存讀操作. 第一次是讀取變量b的值.

數組的其他幾個需要注意的地方。

數組名稱相當于地址常量, 那么這個地址指向一段內存, 因此這個地址本身會有指向類型, 其指向類型就是數組的元素類型. 例如int a[10], 那么a的指向類型就是int, 因此a+1結果實際上指向a[1].

sizeof(a)是計算整個數組的類型.?sizeof(*a)是計算其指向類型的大小.

可以對數組名進行&a操作(取地址), 實際上&a的指針值和a的指針值一樣, 而且也是個地址常量, 但是&a的指向類型 是int [10], 即指向一個包含10個int元素的數組, 所以sizeof(*&a), 計算&a的指向類型的占用內存大小就是40.

數組作為函數參數傳遞后, 在函數內使用等價于指針. 因為函數傳參是進行值傳遞, 相當于有一個指針變量記錄數組的地址值.

可以看到有的時候a看作一個數組(例如sizeof(a)是計算數組的內存占用), 有時候a看作一個地址常量(例如計算sizeof(*a)和a+1的時候).?

還有的時候完全是比較特殊的使用(例如&a得到的指向類型為int [10]的地址常量).

函數指針

函數名本身也是一個地址常量, 其指向類型為一個函數. 實際指向的是函數在內存中的指令集合的起始位置.

int foo(int a) {return a; }int (*p_foo)(int a) = foo;printf("%d, %d, %d\n", sizeof(foo), sizeof(*foo), sizeof(&foo)); printf("%d, %d\n", sizeof(p_foo), sizeof(*p_foo));

輸出值如下:

1, 1, 8 8, 1

對函數名本身計算類型占用內存大小, 其值為1, 對于函數名的指向類型計算內存占用大小其值也為1.

foo, *foo, &foo的類型相同, 但是sizeof(&foo)結果為8.

函數指針可以進行多次解引用,?*****p_foo == *p_foo = p_foo.

函數指針可以進行調用,?p_foo(3);

以上幾點可以認為是函數的特殊情形, 直接記憶.

可以將函數的指令看作是一個unsigned char []的數組. 這樣函數名就好像是一個數組名一樣, 都是地址常量, 其指向類型為unsigned char類型. 但是函數指令的數組的長度是未知的, 因此編譯器默認輸出sizeof(foo)為1, sizeof(*foo)相當于是sizeof(unsigned char)為1.

強制類型轉換

很多時候涉及到指針和強制類型轉換就會感覺比較麻煩, 實際上只要抓住類型這個關鍵點也可以很簡單.

強制類型轉換的關鍵是一段內存, 這段內存里面的數據你把它當作什么類型來看待.

double a = 23.456; int *b = (int *) &a;

那么變量a有一段內存(8個字節), 里面存儲了23.456(按標準浮點格式存儲). 然后指針b指向這段內存, 而且指針b的指向類型是int, 因此指針b認為這段內存里面存儲的是一個int類型的數據.

小結

本文內容不算全面, 但關鍵點都有.

每次看到指針的時候, 記住4個特征, 不管如何進行類型轉換, 多少級指針, 是否包含函數指針等, 看到指針 就思考下面4點, 尤其是3,4. 練習多了之后就會發現指針本身不是很難, 難的是怎么判斷數據的類型.

指針名稱

指針類型

指針內容: 指向什么地方.

指向類型: 指向內存的數據類型是什么.

-END-

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