C/C++指針的理解和解析

C/C++中的關鍵知識點就是指針的用法，在代碼開發過程中涉及到各種各樣的指針。我結合自己的應用經驗和查詢相關說得比較清楚的資料信息，總結了一些基本的指針用法和理解。希望看完之後對指針的用法和理解會有更深入的理解。

1、指針變量

int *p1;

p1 是一個指向 int 類型數據的指針變量，至於 p1 究竟指向哪一份數據，應該由賦予它的值決定。再如：

int a = 10;

int *p_a = &a;

在定義指針變量 p_a 的同時對它進行初始化，並將變量 a 的地址賦予它，此時 p_a 就指向了 a。值得注意的是，p_a 需要的一個地址，a 前面必須要加取地址符&，否則是不對的。

//定義普通變量
float a = 100.5, b = 100.6;
char c = 'a', d = 'as';
//定義指針變量
float *p1 = &a;
char *p2 = &c;
//修改指針變量的值
p1 = &b;
p2 = &d;

*是一個特殊符號，表明一個變量是指針變量，定義 p1、p2 時必須帶*。而給 p1、p2 賦值時，因爲已經知道了它是一個指針變量，就沒必要多此一舉再帶上*，後邊可以像使用普通變量一樣來使用指針變量。也就是說，定義指針變量時必須帶*，給指針變量賦值時不能帶*

通過指針變量獲取數據實例：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 15;
    int *p = &a;
    printf("%d, %d\n", a, *p);  //兩種方式都可以輸出a的值
    return 0;
}

打印輸出的都是15，如果直接打印p，則輸出的是15這個數據存儲的地址

2、關於 * 和 & 的理解

假如int a =10；int *pa = &a。

假設有一個 int 類型的變量 a，pa 是指向它的指針，那麼*&a和&*pa分別是什麼意思呢？

*&a可以理解爲*(&a)，&a表示取變量 a 的地址（等價於 pa），*(&a)表示取這個地址上的數據（等價於 *pa），繞來繞去，又回到了原點，*&a仍然等價於 a。

&*pa可以理解爲&(*pa)，*pa表示取得 pa 指向的數據（等價於 a），&(*pa)表示數據的地址（等價於 &a），所以&*pa等價於 pa

3、星號*主要有三種用途：

表示乘法，例如int a = 3, b = 5, c; c = a * b;，這是最容易理解的。
表示定義一個指針變量，以和普通變量區分開，例如int a = 100; int *p = &a;。
表示獲取指針指向的數據，是一種間接操作，例如int a, b, *p = &a; *p = 100; b = *p;。

4、數組指針

假設 p 是指向數組 arr 中第 n 個元素的指針，

即是：int arr[3] = {99,12,34}; int *p = arr表示p指向arr數組的第一個元素的地址

那麼 *p++、*++p、(*p)++ 分別是什麼意思呢？

*p++ 等價於 *(p++)，表示先取得第 n 個元素的值，再將 p 指向下一個元素，上面已經進行了詳細講解。

*++p 等價於 *(++p)，會先進行 ++p 運算，使得 p 的值增加，指向下一個元素，整體上相當於 *(p+1)，所以會獲得第 n+1 個數組元素的值。

(*p)++ 就非常簡單了，會先取得第 n 個元素的值，再對該元素的值加 1。假設 p 指向第 0 個元素，並且第 0 個元素的值爲 99，執行完該語句後，第 0 個元素的值就會變爲 100。

5、字符串數組和字符串常量

定義一個字符串有兩種方法，見下面兩種方法

char str[] = "this is a test str"
//char *pstr = "this is a test str"

//print mes
char *pstr = str;
int len = strlen(str), i;
//使用*(pstr+i)
for(i=0; i<len; i++){
    printf("%c", *(pstr+i));
}
printf("\n");

//使用pstr[i]
for(i=0; i<len; i++){
    printf("%c", pstr[i]);
}

//接輸出字符串
printf("%s\n", pstr);

前面那種表示字符串的方法就是字符數據的表示方法

後面那隻表示字符串的方法就是字符串常量表示方法

C語言有兩種表示字符串的方法，一種是字符數組，另一種是字符串常量，它們在內存中的存儲位置不同，使得字符數組可以讀取和修改，而字符串常量只能讀取不能修改。

6、指針作爲函數參數使用

函數的參數不僅可以是整數、小數、字符等具體的數據，還可以是指向它們的指針。用指針變量作函數參數可以將函數外部的地址傳遞到函數內部，使得在函數內部可以操作函數外部的數據，並且這些數據不會隨着函數的結束而被銷燬。就像數組、字符串、動態分配的內存等都是一系列數據的集合，沒有辦法通過一個參數全部傳入函數內部，只能傳遞它們的指針，在函數內部通過指針來影響這些數據集合。

定義一個含有數組參數的函數

int max(int intArr[], int len){}

或者這樣定義

int max(int intArr[6], int len){}

int intArr[]雖然定義了一個數組，但沒有指定數組長度，好像可以接受任意長度的數組。實際上這兩種形式的數組定義都是假象，不管是int intArr[6]還是int intArr[]都不會創建一個數組出來，編譯器也不會爲它們分配內存，實際的數組是不存在的，它們最終還是會轉換爲int *intArr這樣的指針。這就意味着，兩種形式都不能將數組的所有元素“一股腦”傳遞進來，大家還得規規矩矩使用數組指針。int intArr[6]這種形式只能說明函數期望用戶傳遞的數組有 6 個元素，並不意味着數組只能有 6 個元素，真正傳遞的數組可以有少於或多於 6 個的元素。需要強調的是，不管使用哪種方式傳遞數組，都不能在函數內部求得數組長度，因爲 intArr 僅僅是一個指針，而不是真正的數組，所以必須要額外增加一個參數來傳遞數組長度。

C語言爲什麼不允許直接傳遞數組的所有元素，而必須傳遞數組指針呢？參數的傳遞本質上是一次賦值的過程，賦值就是對內存進行拷貝。所謂內存拷貝，是指將一塊內存上的數據複製到另一塊內存上。對於像 int、float、char 等基本類型的數據，它們佔用的內存往往只有幾個字節，對它們進行內存拷貝非常快速。而數組是一系列數據的集合，數據的數量沒有限制，可能很少，也可能成千上萬，對它們進行內存拷貝有可能是一個漫長的過程，會嚴重拖慢程序的效率，爲了防止技藝不佳的程序員寫出低效的代碼，C語言沒有從語法上支持數據集合的直接賦值。

7、指針函數

C語言允許函數的返回值是一個指針地址），我們將這樣的函數稱爲指針函數。下面的例子定義了一個函數 strlong()，用來返回兩個字符串中較長的一個

#include <stdio.h>
#include <string.h>

char *strlong(char *str1, char *str2){
    if(strlen(str1) >= strlen(str2)){ //不是說不能在函數裏面求傳進來的數組長度麼？怎麼理解？
        return str1;
    }else{
        return str2;
    }
}

int main(){
    char str1[30] = "qqqqwwww", str2[30] = "qqqqwwwweeee", *str;
    gets(str1);
    gets(str2);
    str = strlong(str1, str2);
    printf("Longer string: %s\n", str);

    return 0;
}

當然打印的值肯定就是qqqqwwwweeee

用指針作爲函數返回值時需要注意的一點是，函數運行結束後會銷燬在它內部定義的所有局部數據，包括局部變量、局部數組和形式參數，函數返回的指針請儘量不要指向這些數據，C語言沒有任何機制來保證這些數據會一直有效，它們在後續使用過程中可能會引發運行時錯誤。

爲什麼說可能會出錯呢？原因：前面我們說函數運行結束後會銷燬所有的局部數據，這個觀點並沒錯，大部分C語言教材也都強調了這一點。但是，這裏所謂的銷燬並不是將局部數據所佔用的內存全部抹掉，而是程序放棄對它的使用權限，棄之不理，後面的代碼可以隨意使用這塊內存。對於局部變量的指針地址和值如果在調用函數出來馬上使用，可能還會存在而且數組正確，如果有其它函數被調用佔用了該部分內存就會覆蓋這塊內存，得到的數據就失去了意義，會得到錯誤的數據。

8、函數指針（指向函數的指針）

一個函數總是佔用一段連續的內存區域，函數名在表達式中有時也會被轉換爲該函數所在內存區域的首地址，這和數組名非常類似。我們可以把函數的這個首地址（或稱入口地址）賦予一個指針變量，使指針變量指向函數所在的內存區域，然後通過指針變量就可以找到並調用該函數。這種指針就是函數指針。

實例

#include <stdio.h>

//返回兩個數中較大的一個
int max(int a, int b){
    return a>b ? a : b;
}

int main(){
    int x, y, maxval;
    //定義函數指針
    int (*pmax)(int, int) = max;  //也可以寫作int (*pmax)(int a, int b)
    printf("Input two numbers:");
    scanf("%d %d", &x, &y);
    maxval = (*pmax)(x, y);
    printf("Max value: %d\n", maxval);

    return 0;
}

運行結果：
Input two numbers:10 50↙
Max value: 50

第 14 行代碼對函數進行了調用。pmax 是一個函數指針，在前面加 * 就表示對它指向的函數進行調用。注意( )的優先級高於*，第一個括號不能省略。

9、總結

指針（Pointer）就是內存的地址，C語言允許用一個變量來存放指針，這種變量稱爲指針變量。指針變量可以存放基本類型數據的地址，也可以存放數組、函數以及其他指針變量的地址。

程序在運行過程中需要的是數據和指令的地址，變量名、函數名、字符串名和數組名在本質上是一樣的，它們都是地址的助記符：在編寫代碼的過程中，我們認爲變量名錶示的是數據本身，而函數名、字符串名和數組名錶示的是代碼塊或數據塊的首地址；程序被編譯和鏈接後，這些名字都會消失，取而代之的是它們對應的地址。

常見指針變量的定義
定義	含義
int *p;	p 可以指向 int 類型的數據，也可以指向類似 int arr[n] 的數組。
int *p[n];	p 爲指針數組。[ ] 的優先級高於，所以應該理解爲 int (p[n]);，數組裏面存的值都是地址
int *p(void);	p 是一個函數，它的返回值類型爲 int *，這個函數叫指針函數
int (*p)();	p 是一個函數指針，指向原型爲 int func() 的函數。級int (*p) ()= func()

1) 指針變量可以進行加減運算，例如p++、p+i、p-=i。指針變量的加減運算並不是簡單的加上或減去一個整數，而是跟指針指向的數據類型有關。例如類型爲int，那麼++則增加4個字節，如果是char的話++就增加1個字節

2) 給指針變量賦值時，要將一份數據的地址賦給它，不能直接賦給一個整數，例如int *p = 1000;是沒有意義的，使用過程中一般會導致程序崩潰，不能是1000，必須是指向一個值的地址

3) 使用指針變量之前一定要初始化，否則就不能確定指針指向哪裏，如果它指向的內存沒有使用權限，程序就崩潰了。對於暫時沒有指向的指針，建議賦值NULL。

4) 兩個指針變量可以相減。如果兩個指針變量指向同一個數組中的某個元素，那麼相減的結果就是兩個指針之間相差的元素個數，更確切的說是相差的字節數，一個字節8位。

5) 數組也是有類型的，數組名的本意是表示一組類型相同的數據。在定義數組時，或者和 sizeof、& 運算符一起使用時數組名才表示整個數組，表達式中的數組名會被轉換爲一個指向數組的指針。

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