（七）C语言之指针
c語言相比其他高級語言來說，更接近于對計算機硬件的操作，而指針的應用更是為我們對硬件的操作插上了翅膀，所以指針是嵌入式編程不可少的一部分，在一定意義上說，指針是c語言的精髓。
一、 什么是指針
在計算機中，數據時存放在內存中的，而內存其實就是一組有序字節組成的數組，一般以一個字節為一個內存單元，每個字節都有唯一的地址。cpu通過尋址的方式去查找內存中某個變量的位置，我們知道定義變量就是向CPU申請一個某一類型的空間，這個空間也有自己的地址，同樣地址也需要一種類型去存儲，C語言規定用指針類型的變量去存儲地址類型。記住一點：指針就是地址，指針變量時存放地址類型的變量。
二、指針變量的定義
2.1 聲明并初始化一個指針
可以保存地址值的變量稱為指針變量，指針變量定義如下：
數據類型 * 變量名這里的數據類型為基本數據類型、構造類型,指針變量的聲明比普通變量的聲明多了一個’ * ‘，運算符’ * '就是間接引用或間接尋址。例如：
int *p; // 聲明一個 int 類型的指針 p char *p // 聲明一個 char 類型的指針 p int *arr[10] // 聲明一個指針數組，該數組有10個元素，其中每個元素都是一個指向 int 類型對象的指針 int (*arr)[10] // 聲明一個數組指針，該指針指向一個 int 類型的一維數組 int **p; // 聲明一個指針 p ，該指針指向一個 int 類型的指針在上面的聲明中：p就是一個指針變量，里面存著一個地址。
這里要注意**指針在使用前一定要初始化，否則就會指針就會變成野指針。初始化有3種方式：
指針的初始化就是給指針一個合理的指向，讓程序知道往哪指，上述NULL是一個特殊的指針變量，相當于0。地址為0的內存一般都不允許訪問，但是內存地址為0有一個重要的意義，它表明指針指向不指向一個可訪問的內存地址。
2.2 指針的調用
訪問內存空間，一般分為直接訪問和間接訪問。
如果知道內存空間的名字，可通過名字訪問該空間，稱為直接訪問。由于變量即代表有名字的內存單元，故通。過變量名操作變量，也就是通過名字直接訪問該變量對應的內存單元。
如果知道內存空間的地址，也可以通過該地址間接訪問該空間。對內存空間的訪問操作一般指的是存、取操作，即向內存空間中存入數據和從內存空間中讀取數據。
在 C 語言中，可以使用間接訪問符（取內容訪問符）*來訪問指針所指向的空間,例如：
int *p,a=3;//p中保存變量a對應內存單元的地址 p=&a;在該地址 p 前面加上間接訪問符 *，即代表該地址對應的內存單元。而變量 a 也對應該內存單元，故 *p 就相當于 a。
printf("a=%d\n",a); //通過名字，直接訪問變量a空間（讀取) printf("a=%d\n",*p); //通過地址，間接訪問變量a空間（讀取） *p=6;//等價于a=6;間接訪問a對應空間（存）2.3 野指針
一般我們把沒有合法指向的指針稱為“野”指針。因為“野”指針隨機指向一塊空間，該空間中存儲的可能是其他程序的數據甚至是系統數據，故不能對“野”指針所指向的空間進行存取操作，否則輕者會引起程序崩潰，嚴重的可能導致整個系統崩潰。例如：
int *pi,a; //pi未初始化，無合法指向，為“野”指針 *pi=3; //運行時錯誤！不能對”野”指針指向的空間做存入操作。該語句試圖把 3 存入“野”指針pi所指的隨機空間中，會產生運行時錯誤。 a=*pi; //運行時錯誤！不能對”野”指針指向的空間取操作。該語句試圖從“野”指針pi所指的空間中取出數據，然后賦給變量a同樣會產生運行時錯誤。正確的應該是：
pi=&a;//讓pi有合法的指向，pi指向a變量對應的空間 *pi=3;//把3間接存入pi所指向的變量a對應的空間三、指針的運算
c指針的算術運算只限兩種形式：
(1)指針+/-整數
可以對指針變量加減整數，例如對指針變量p進行p++,p–,p+i等操作，所得結果任然是一個指針，只是指針p所指的內存地址前進或后退了i個操作數。
在上圖中假設p指向內存10000008，p是一個int型指針可以看出對p進行加減所指向的內存。下面進行一個例子來說明指針變量自增自減運算：
對于指針++*p和 *p++來說是依據就近原則運算的，而對y=*p++則相當于y=*p;p++;這里如果加上括號則為y=(*p)++則相當于y=*p;(*p)++;
(2)指針-指針
只有當兩個指針都指向同一個數組中的元素時，才允許從一個指針減去另一個指針。兩個指針相減的結果的類型是 ptrdiff_t，它是一種有符號整數類型。減法運算的值是兩個指針在內存中的距離（以數組元素的長度為單位，而不是以字節為單位），因為減法運算的結果將除以數組元素類型的長度。舉個例子：
#include "stdio.h"int main(){int a[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};int sub;int *p1 = &a[2];int *p2 = &a[8];sub = p2-p1; printf("%d\n",sub); // 輸出結果為 6return 0; }(3)指針的比較
指針在一定條件下可以比較，這里的一定條件指兩個指針指向同一個對象才有意義，例如兩個指針變量p，q指向同一數組，則<,>,>=,<=,== 等關系運算符都能正常運行。若q==p為真，則表示p和q為同一元素；若p<q為真，則表示p所指向的數組元素在q所指向的數組元素之前。
四、指針和數組
指針和數組的關系十分密切。在前面的文章(c語言二維指針數組詳解)中我們推算到a[i]=*(a+i)，一般來說通過數組完成的工作都可以用指針來完成，但是使用數組更容易理解。
4.1 一維數組與指針
一維數組的數組名表示該數組的首地址，c語言中指針變量加1表示跳過該指針變量所指類型占用的空間大小。如果指針變量指向數組，那么指針加1表示指向數組的下一個元素。
int *p;//聲明一個int類型的指針變量 int a[5];//聲明一個int型數組 p=a;//數組名表示數組首地址，把數組首地址賦給指針變量，p指向數組的第0個元素a[0]在上面的程序中，數組名等價于數組的首地址，即&a[0]。
訪問數組的元素有三種方式：
（1）直接訪問: 數組名[下標]的形式
（2）間接訪問：*(數組名+i)的形式
int a[5]={1,2,3,4,5}; int b=0; b=*(a+3);//b=4，直接使用*(數組名+i)訪問（3）間接訪問：*(指針變量)的形式
int a[5]={1,2,3,4,5}; int b=0; int *p=a; b=*(p+3);//b=4，直接使用指針間接訪問數組元素【例 1】通過指針變量實現對數組元素的輸入和輸出操作。
實例代碼為：
4.2 二維數組與指針
二維數組實際上還是一維數組，它的存儲結構仍是順序存儲，即二維數組中的元素在內存中的存儲地址是連續的，所以可以用指針變量訪問數組的各個元素。具體的解釋請看(c語言二維指針數組詳解)
*(a[i] + j) <--> *(*(a + i) + j) <-->*&a[i][j]<-->a[i][j]4.3 指針數組
無論是指針數組還是數組指針都看后面兩個字區分，后兩個字為數組，那么它是一個存放指針元素的數組。指針數組定義：
數據類型 *數組名[數組大小]在上面的聲明中,由于[]的優先級高于*，所以先形成數組。
4.4 數組指針
同樣看后面兩個字知道它是一個指針，指向數組。聲明一個數組指針方法如下：
//數據類型 (* 數組名)[元素個數] int (*p)[5];//聲明一個數組指針p，它指向含有5個int類型元素的二維數組上面p指向二維數組，它指向二維數組的每一行
二維數組 a[M][N] 分解為一維數組元素 a[0]、a[1]、…、a[M-1] 之后，其每一行 a[i] 均是一個含 N 個元素的一維數組。如果使用指向一維數組的指針來指向二維數組的每一行，通過該指針可以較方便地訪問二維數組中的元素。
使用數組指針訪問二維數組中的元素。
以上語句定義了 M 行 N 列的二維整型數組 a 及指向一維數組（大小為 N）的指針變量 p，并初始化為二維數組名 a，即初始指向二維數組的 0 行。
i 行首地址與 i 行首元素地址的區別如下。
- i 行首元素的地址，是相對于 i 行首元素 a[i][0] 來說的，把這種具體元素的地址，稱為一級地址或一級指針，其值加 1表 示跳過一個數組元素，即變為 a[i][1] 的地址。
- i 行首地址是相對于 i 行這一整行來說的，不是具體某個元素的地址，是二級地址，其值加 1 表示跳過 1 行元素對應的空間。
- 對二級指針（某行的地址）做取內容操作即變成一級指針（某行首元素的地址）。
兩者的變換關系為：
由此可見，當定義一個指向一維數組的指針 p，并初始化為二維數組名 a 時，即 p=a;， 用該指針訪問元素 a[i][j] 的兩種形式 ((p + i) + j) 與 ((a + i) + j) 非常相似，僅把 a 替換成了 p 而已。
由于數組指針指向的是一整行，故數組指針每加 1 表示跳過一行，而二維字符數組中每一行均代表一個串，因此在二維字符數組中運用數組指針能較便捷地對各個串進行操作。
五、指針和函數
c語言函數參數傳遞有兩種方式：值傳遞和地址傳遞。本節主要討論下地址傳遞，傳遞地址能夠改變主調函數對象中的值。
5.1指針函數
有時函數調用結束后，需要函數返回給調用者某個地址即指針類型，以便于后續操作，這種函數返回類型為指針類型的函數，通常稱為指針函數。
指針函數的定義格式為：
5.2函數指針
C語言中，函數本身不是變量，但是可以定義指向函數的指針，也稱作函數指針，函數指針指向函數的入口地址。這種類型的指針可以被賦值、存放在數組中、傳遞給函數以及作為函數的返回值等等。 聲明一個函數指針的方法如下：
返回值類型 （* 指針變量名）（[形參列表]）;int (*pointer)(int *,int *); // 聲明一個函數指針上述代碼聲明了一個函數指針 pointer ，該指針指向一個函數，函數具有兩個 int * 類型的參數，且返回值類型為 int。
六、指針與字符串
6.1常量字符串與指針
常量字符串返回來的就是一個存放該字符串的首地址。**注意:**常量字符串不能改變，即使通過指針也不能改變，因為它存放在文字常量區。假設字符串常量 “abcd” 表示一個指針，那么該指針指向字符 ‘a’，表達式 “abcd”+1，是在指針 “abcd” 值的基礎上加 1，故也是一個指針，指向字符串中第二個字符的指針常量。同理，“abcd”+3 表示指向第 4 個字符 ‘d’ 的指針常量。
我們還可以這樣定義：
【例1·】如下代碼段通過指針變量依次遍歷輸出所指串中每個字符
#include<stdio.h> int main (void) {//初始指向首字符//間接訪問所指字符 //pc依次指向后面的字符char *pc="hello,world!";while (*pc! = '\0'){putchar(*pc);pc++; }return 0; }6.2 變量字符串
我們想要存放可以改變的字符串，可以放在字符數組中。例如：
char str[]="i love china"這里的str內容可以改變，通過指針或者下標都可以去操作其內容。
七、總結
到這里指針的相關內容已經講解完了，記住以下幾點：
- 指針就是地址，指針變量存放的是地址類型的變量
- 定義指針和調用指針的*作用不一樣
- 在指針變量前每加一個* 表示取一次內容，類似[],在調用時每加一個*表示取一次內容
- 指針變量一定要初始化，c語言不允許野指針出現
- 指針指向字符串的首地址
- 注意辨別指針的自增自減操作
- 了解指針數組和數組指針、指針函數和函數指針的應用
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總結
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