C语言 | 指针详解_pc指针

        在学习C语言的时候，很多人都因为指针而被劝退，其实，当我们仔细一点一点的啃下这块硬骨头时，回过头来看，其实指针也并没有我们想象的那样难，这篇博客小编就带着大家有由入门到进阶，一起细细体会指针的奥妙之处。

前言

总有人要赢，为什么不能是我？     ----   科比

一.指针的定义 

什么是指针？

1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址

2.平常口语中的指针通常是指针变量

1.那么什么是地址呢？地址又是怎么能来的呢？

前面我们讲过，地址就是一个编号，那么这个编号怎么来的呢？实际上，在32位的机器上，有32根地址线，每根地址线由高低电频表示1和0，而由这32根地址线可以表示2^32个编号，每个编号就是我们所说的地址了，可按照下图理解

         每个地址都能找到对应的一块空间，每块空间大小都是1字节，我们也可以将地址编号理解成为我们生活中酒店的门牌号，而每个门牌号都对应一个房间，每个地址也有对应的一块内存空间。

2.指针变量

所谓指针变量就是储存指针的变量，我们可以通过&来取出变量的内存地址，如下

int a = 5；

int* pa = &a;

此时pa中储存的便是a的地址。我们将pa称作指针变量。

        简而言之，指针是地址，指针变量是储存地址（指针）的变量。我们有时口语称指针变量为指针。 

3.指针变量的大小

        我们了解指针变量的概念以后，我们必须知道指针的大小，前面我们也有说过，在32位机器下，指针是由32根地址线产生的01信号组成的编号，每一个信号都要由一个比特位储存，因此，在32位机器下，指针的大小是4字节（32比特位），在64位机器下，指针的大小是8字节（64比特位）。

小结：指针的大小与指针储存的数据类型无关，只与操作系统的机器数有关。

4.指针和指针的类型 

        我们都知道普通变量都有不同的类型，由整型，字符型，浮点型等等，而指针变量也有不同的类型，即  "type" + *

int a = 5;

假设有以上a变量，那么我们可以将a的地址储存进以下指针变量中

char* pc = &a;

short* ps = &a;

int* pi = &a;

long* pl = &a;

float* pf = &a;

double* pd = &a;

        既然一个整型类型的数据可以被别的不同类型数据的指针储存，那么指针类型的意义又是什么呢？这需要引出指针的另外一个概念了，以下将会讲解指针类型的意义究竟是什么。

5.指针加减整数 

观察以下代码，揣测代码输出结果的原因。

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

 

         我们将n的地址分别储存进pc和pi两种不同类型的指针变量中，我们发现他们会指向该变量的同一起始地址，而分别对他们加一时，字符型指针变量的地址加了1，而整型指针变量的地址加了4，我们发现指针变量的类型决定了指针向前或向后移动的距离。

总结：指针的类型决定了指针向前或向后移动的步长。

 6.指针的解引用

        既然我们可以通过将变量的地址储存进指针中，那我们是否可以通过该指针来引用该变量呢？答案当然时肯定的，这时，我们引入另一个符号，解引用符号（*）。

#include <stdio.h>
int main()
{
 int n = 0x11223344;
 char *pc = (char *)&n;
 int *pi = &n;
 *pc = 0;
 *pi = 0;
 return 0;
}

        我们在内存监视窗口中，确实发现了pc和pi指向同一块内存区域

 此时我们的代码还未执行第23行，接下来我们执行第23行后的代码如下图

       我们发现pc指针确实修改了数据，但他仅仅只是将第一个字节修改成了0，再一次验证了指针类型的作用，char类型的指针一次只能访问一个字节。接下来我们执行第24行代码。

        这一次我们发现pi指针修改了四个字节，因为pi指针是整型指针，一次可以访问四个字节 ，指针的类型也会影响一次访问字节的个数。

补充一下：

         很多新手在学习指针的时候可能会有以下疑惑，定义指针和解引用中的星号的差异。

虽然这两个星号是同一符号，但是其意义有本质区别。看以下代码

 二.野指针

概念： 野指针就是指针指向的位置是不可知的（随机的、不正确的、没有明确限制的）

 1.野指针的成因

（1）指针未初始化

#include <stdio.h>
int main()
{ 
 int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值
    *p = 20;
 return 0;
}

（2）指针越界访问

#include <stdio.h>
int main()
{
    int arr[10] = {0};
    int *p = arr;
    int i = 0;
    for(i=0; i<=11; i++)
   {
        //当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针
        *(p++) = i;
   }
    return 0;
}

三.指针的基本运算

指针的基本运算一般分为以下三种 ：

• 指针加减整数
• 指针减指针
• 指针的关系运算

1.指针的加减整数 

 指针加减的步长与指针的类型相关：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a[10];
	int* pi = a;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*pi = i;
		pi += 1;
	}
	return 0;
}

2.指针-指针

指针减指针得到的是两指针间的元素个数

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a[10];
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		a[i] = i;
	}
	int* p1 = &a[0];
	int* p2 = &a[5];
	printf("%d\n", p2 - p1);
	return 0;
}

 3.指针的比较运算

 指针与指针之间也可以进行比较，高地址处的指针大于低地址处指针

#include <stdio.h>
#define Len 5
int main()
{
	int values[Len];
	int* vp;
	for (vp = &values[Len - 1]; vp >= &values[0]; vp--)
	{
		*vp = 0;
	}
	return 0;
}

四.二级指针 

        学习了上面的内容，我们知道每个变量都有自己的地址，那么指针变量的地址应该存放在哪里呢？这时候引出一个新概念----二级指针

 1.二级指针的定义

什么叫二级指针呢，简单来说，一级指针变量的地址便是二级指针，看以下代码；

#include <stdio.h>
int main()
{
	int num = 10;
	int* pi = &num;
	//这里定义中有两个颗星，分别有不同的意义
	//第二颗星星先与ppi结合，告诉我们，ppi是一个指针
	//而第一颗星与int结合，告诉我们ppi指针指向数据的类型是一个整型指针的类型
	int** ppi = &pi;
	return 0;
}

        理解定义中星星的作用是理解二级指针的关键，依次类推，依次由三级指针，四级指针等等，这些指针统称为多阶指针，实际应用中，多阶指针的使用并不常见，这里仅仅作为了解即可。

2.二级指针的解引用

观察以下代码，体会二级指针的解引用；

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 3;
	int* pa = &a;
	int** ppa = &pa;
	//当对二级指针ppi进行一次解引用时，我们得到的是pa变量中储存的值
	//也就是a变量的地址
	printf("%p\n", *ppa);
	//当我们对二级指针两次解引用时，我们得到的是a变量的值
	printf("%d\n", **ppa);
	return 0;

 

 我们也可以通过下图来理解二级指针；

        变量a中储存的是数据3，变量pa中储存的是a的地址，对pa一次解引用，也就是通过a的地址访问到变量a，变量ppi中储存的是pa的地址，我们对ppi一次解引用，也就是通过pa的地址访问到变量pa，对ppi第二次解引用也就是对pa解引用，访问到变量a。

五.字符指针 

 字符指针是用char*来定义，一般使用方式为：

char ch = 'a';

char* pc = &ch;

 但是除了以上的用法，字符指针还有另外一种用法，如下代码；

#include <stdio.h>
int main() 
{
	char* str = "hello world!";
	printf("%s\n", str);
	return 0;
}

与上面代码，还有一种类似的写法，很多萌新都搞不清这两种的区别，如下；

#include <stdio.h>
int main()
{
	char str[] = "hello world!";
	printf("%s\n", str);
	return 0;
}

两种写法都可打印出字符串 "hello world！"，但是两者之间却有很大的差距： 

第一种写法中字符指针只是储存了字符串常量首字符 'h' 的地址，对应关系如下图；

 而第二种写法中，数组str将字符串中的每个字符都存进了str数组中，具体关系如下图；

在了解以上知识后，对于下面面试题应该可以很轻松解决了

以下代码的输出是什么？

#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;

        在观察以上代码后，我们可以知道，str1和str2是两个字符数组，每个字符数组会在内存中开辟自己的空间，而str3和str4是字符指针，他们储存的是字符串常量中字符h的地址，通过以上分析，str1和str2不相同，因为数组名代表首元素地址，而这两个数组在内存中分别有着自己的空间，故str1和str2不同，而str3和str4是字符指针，他们储存的都是字符串常量中字符h的地址，故str3和str4相同。

六.指针数组和数组指针

1.指针数组

指针数组是指针还是数组呢？

指针数组的本质是数组

以下是指针数组的定义：

int* arr[4]; 

该数组在内存中以如下方式储存：

数组中的每个元素都是一个指针 

2.数组指针 

（1）指针数组的定义

数组指针的本质是指针；

以下为数组指针的定义方式：

int (*p)[5]; 

数组指针的定义仅仅只是在指针数组定义上加上了一个括号；

int *p[5];          -----   指针数组

int (*p)[5];        -----   数组指针

        我们可以这么理解，当没有小括号时，因为方括号[] 优先级高于星号，故p先与方括号结合，形成数组，拿下方括号，剩下的便是数组的类型；而第二组，由于小括号，p先于*组合，形成指针，拿去星号，便是该指针指向的数据类型。

 （2）数组名与&数组名

 我们之前学习过，数组名代表首元素地址。观察下列代码。

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

        输出如上所示，我们发现数组名和&数组名最后输出的地址相同。那么两者又有怎么样的区别呢？看如下代码

#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;
}

        通过计算我们不难看出，数组名加1跳过了4个字节，而&数组名加1跳过了40个字节，虽然数组名和&数组名的值是相同的，而他们加1的值却有很大的差异，原因是&数组名的本质其实是一个数组指针，结合前面的知识，指针加1的步长由指针的类型决定，而上面的代码指针指向的类型是一个十个元素的整型数组，因此加1跳过40字节，而数组名仅仅代表首元素地址，即数组名在上面的代码可以理解为是一个整型指针，加1移动4个字节。

（3）数组指针的使用

 二维数组的数组名可以理解成为数组指针

#include <stdio.h>
//此处的第一个参数还可以写成arr[][5]或arr[3][5]
void print(int(*arr)[5], int row, int col)
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i < row; i++)
    {
        for (int j = 0; j < col; j++)
        {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}
int main()
{
    int arr[3][5] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 };
    print(arr, 3, 5);
    return 0;
}

 可根据下图来理解为什么可以用数组指针来接收；

        上图是一个3行5列的二维数组，我们arr数组名代表首元素的地址，而这个二维数组的首元素仍然是一个数组，我们将其数组名看作arr[1]，取其地址，接收该地址的类型便是数组指针。

（4）小试牛刀 

分析以下变量

int arr[5];

int *parr1[10];

int (*parr2)[10];

int (*parr3[10])[5];

        arr是一个整型数组，数组中一共有5个元素，每个元素都是整型。

        parr1是一个指针数组，数组一共有10个元素，每个元素都是整型指针类型。

        parr2是一个数组指针，指针指向的数组有十个元素，每个元素都是整型。

        parr3是一个数组指针数组，给数组一共有十个元素，每个元素都是一个指向一个有五个整形的数组的指针。

七.数组参数和指针参数 

1.一维数组传参 

观察以下代码，形参是否正确书写？

#include <stdio.h>
void test1(int arr[])//ok?
{}
void test1(int arr[10])//ok?
{}
void test1(int *arr)//ok?
{}
void test2(int *arr[20])//ok?
{}
void test2(int **arr)//ok?
{}
int main()
{
 int arr1[10] = {0};
 int *arr2[20] = {0};
 test1(arr1);
 test2(arr2);
}

        在test1中，第一种和第二种形参为一维数组，其中一维数组作为形参时，方括号中的数组大小可省略，形参也为一维数组，故都正确。第三种形参为一级指针，在传实参中，实参数组名代表首元素地址，而首元素地址类型也是int*，故第三种也正确。

        在test2中，第一种形参为数组，且为指针数组，而实参也是指针数组，故第一种正确；第二种形参为二级指针，实参是指针数组，且数组中每个元素为int*类型，而传过去的数组名，数组名单独出现是表示首元素地址，首元素为int*，故int*取地址为int**，故第二种也正确。

2.二维数组传参

 观察以下代码，形参是否正确书写？

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

        通过观察，我们发现以上有7种传参方式，而123是形参为数组的形式，4567为形参为指针的形式 ；

        当实参为二维数组名，形参也为二维数组时，形参中数组行下标可以省略，列下标不能省略，故1 3正确，2错误。

        当实参为二维数组名，形参为指针时，实参传过去的是二维数组的首元素地址，而二维数组首元素是一个元素为5的整型数组，也就是实际传的是这个数组的地址，而第6种用的正是一个数组指针，且该指针指向一个5个整型的数组，符合实参，而第4种形参用的是一个一级指针，明显不行，第5种用的是一个指针数组，也不符合，第7种用的是一个二级指针，二级指针是用来接收一级指针的地址，而实参传过来的是一个数组的地址，也不符合，所以4567中，只有6符合。

3.一级指针传参 

以下为一级指针传参的实例；

#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;
}

那么假设给个有一个函数的形参为一级指针，那么它的实参实参传参方式有哪些呢？

 
void test1(int *p)
{
 
}

分别为以下三种：

1. &a

2.传一级指针

3.传一维数组名

4.二级指针传参

以下为二级指针传参实例；

#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;
}

 反过来思考，那么一个二级指针的形参，我们可以传入哪些实参呢？

void test(char **p)
{
 
}
 
int main()
{
    
    char ch = 'c';
    char* pc = &ch;
    char** ppc = &ch;
    char* arr[5];
    //传一级指针取地址
    test(&pc);
    //传二级指针
    test(ppc);
    //传指针数组的数组名
    test(arr);
    return 0;
}

以上三种都可。

八.函数指针 

1.函数指针的概念与定义 

所谓函数指针，便是指向函数的指针。 观察以下代码

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	printf("%p\n", Add);
	printf("%p\n", &Add);
	return 0;
}

        取函数的地址与取数组的地址类似，我们可以通过函数名得到函数的地址，或者通过取地址符得到函数地址，这两者不像数组有差异，这两者是等价的。

函数指针的定义如下代码

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	//以下两种写法均可
	int (*pf)(int, int) = Add;
	int (*pf)(int x, int y) = Add;
	return 0;
}

       在定义函数指针时，我们可以回忆数组指针的定义，函数指针也是类似，首先我们需要将星号和变量名用小括号圈起来，这使变量名首先与星号结合，形成指针，随后我们在后面写上函数的参数，前面写上函数的返回值类型，其中函数参数的形参名可以省略。

2.函数指针的调用 

观察以下代码，揣摩函数指针的调用

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int (*pf)(int, int) = Add;
	//以下两种写法均可
	//int sum = (*pf)(2, 5);
	int sum = pf(2, 5);
	printf("%d\n", sum);
	return 0;
}

 在利用函数指针调用函数时，可以不需要解引用；

 在学习了以上的代码后来阅读下面两段代码；（来自《C陷阱与缺陷》）

//代码1
(*(void (*)())0)();

         以上代码是将整型0看作一个地址，并强制类型转换为void (*) ()类型，并对其解引用，调用该函数。

//代码2
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);

提示：突破点signal；

该段代码是一个函数定义；

函数名是signal；

signal函数的第一个参数是int；

signal函数的第二个参数是一个函数指针 ---  void(*)(int)，该函数指针的参数是int，返回值是void 

signal函数的返回值是一个函数指针  ---  void(*)(int)，该函数指针的参数是int，返回值是void。

 代码2还可以简化为以下代码

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

 九.函数指针数组

 函数指针数组可以理解为将函数指针储存进数组中，这个数组便是函数指针数组。

1.函数指针数组的定义

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}
 
int main()
{
	//函数指针数组的定义
	int (*Farr[2])(int x, int y) = { Add, Sub };
	//调用
	int ret = Farr[1](2, 5);
	printf("%d\n", ret);
	return 0;
}

        函数指针数组的定义与数组指针数组的定义类似，我们定义的Farr先与方括号结合，形成数组，拿去数组后，剩下的便是该数组的类型，也就是函数指针。

2.函数指针数组的应用

我们可以利用函数指针数组完成计算器功能（转移表）

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}
int main()
{
	int input = 0;
    //我们将函数添加进函数指针数组中
	int (*Farr[])(int, int) = {0, Add, Sub };
	do
	{
		printf("请选择算法(1.Add 2.Sub 0.exit):>");
		scanf("%d", &input);
		if (input == 0)
		{
			printf("退出计算器\n");
			break;
		}
			
		if (input >= 1 && input <= 2)
		{
			int x = 0;
			int y = 0;
			printf("请输入两个操作数:>");
			scanf("%d%d", &x, &y);
            //通过调用函数指针数组使用对应的函数
			int ret = Farr[input](x, y);
			printf("%d\n", ret);
		}
		else
		{
			printf("输入有误，请重新输入\n");
		}
 
	} while (input);
	return 0;
}

         使用函数指针数组后，我们可以避免switch语句的使用，是代码看起来更整洁。

十.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。

 观察以下代码，学习如何使用回调函数；

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}
 
void calc(int (*p)(int, int))
{
	int x = 0, y = 0;
	printf("请输入两个操作数:>");
	scanf("%d%d", &x, &y);
	int ret = p(x, y);
	printf("%d\n", ret);
}
int main()
{
	int input = 0;
	do
	{
		printf("请选择算法(1.Add 2.Sub 0.exit):>");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		
			case 1:
				calc(Add);
				break;
			case 2:
				calc(Sub);
				break;
			case 0:
				printf("退出计算器\n");
				break;
			default:
				printf("输入有误，请重新输入！\n");
				break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

        在每个switch语句中，我们都使用了calc函数，并传递我们需要进行的运算函数的地址，我们在calc函数中又调用了传递过来的参数，这个被调用的函数便被称为回调函数。

        在库函数中，有一个排序函数，我们需要自己写排序的方式的函数，然后将排序方法给这个给排序函数作为参数，本质上也是一种回调函数，本文就不做详细介绍，感兴趣可以翻阅官网，查阅函数使用方法(cplusplus.com - The C++ Resources Network).

        关于指针本文就介绍到这里，后期会更新相关配套练习，大家可以通过练习提升对指针的了解，最后感谢大家的支持，看到这给个免费的关注呗，十分感谢。