C语言基础知识：最核心的—指针，知识总结（第一部分）

Posted 2022-09-26 一起学编程

指针是C语言最重要也是最难理解的部分，它在我们平时的工作中无处不在。

有人说学会了指针，C语言也就学会一半。为什么说指针难。因为指针与数组相结合就涉及数组指针与指针数组。指针与结构体结合就涉及结构体指针。指针与字符结合涉及字符指针。指针与const结合涉及常量指针与指针常量。指针与函数结合涉及函数指针与指针函数，同时也会涉及回调函数。指针和指针结合涉及到二维指针。

作者曾经因为上面的这些问题，困扰了许久。因而在网上找了许多的博客来解答疑惑。这篇文章，我试图将上面的知识点以例子的方式呈现给大家，我相信通过阅读本文，大家会对指针有更深一步的了解。文中涉及的例子均来源于网上。

1 指针的定义

我们知道，普通的变量存储的是一个值。而指针变量，它存储的也是一个值，只是这是一个特殊的值:它的值是另一个变量的地址。

指针的定义形式如下:

datatype *name;
或 
datatype *name = value;

其意思就是name是一个指针，它指向的是一个类型为dataype的地址。

指针存储的是一个地址，如果需要获取这个地址对应的内容,可以通过解引用符*获取:

int a = 12;
int *pa = &a;
printf("*pa:%u.", *pa); // 输出是12;
*pa = 14; // 此时a的值为14了

这里需要注意的一点，也是我以前经常迷惑的一点：定义指针时，编译器并不为指针所指向的对象分配空间，它只是分配指针本身的空间，除非在定义时同时赋给一个字符串常量进行初始化。比如:

int *a;
...
*a = 12;

上面这个代码段说明了一个极为常见的错误：我们声明了这个变量，但从未对它进行初始化，所以没法预测12这个值将存储于什么地方。如果变量是静态的，它会被初始化为0,；如果变量是自动地，它根本不会被初始化。无论哪种情况，声明一个指向整型的指针都不会"创建"用于存储整型值的内存空间。

但是, 下面的定义创建了一个字符串常量(为其分配了内存)：

char *p = "breadfruit";

始化指针时所创建的字符串常量被定义为只读。如果试图通过指针修改这个字符串的值，程序就会出现未定义的行为。

除了上述的定义是对的外，其他的定义都是错误的：

float *pip = 3.14; // 错误！无法通过编译

2 指针的运算

指针 +(-) 整数指针存储的是一个地址，这个地址本质上是一个整数，所以可以加上或减去一个整数。但是它不是普通的加法或减法，指针加上或减去一个整数结果是另一个指针。但是，运算后的指针指向哪里呢？当一个指针和一个整数执行算术运算时，整数在执行加法(减法)运算前会根据合适的大小进行调整。这个"合适的大小"就是指针所指向类型的大小，"调整"就是把整数值和"合适的大小"相乘。

#include <stdio.h>
int main()

    int a = 10;
    int *pa = &a;
    
    double b = 99.9;
    double *pb = &b;
    char c = '@';
    char *pc = &c;
    printf("sizeof(int)= %u, sizeof(double)=%u, sizeof(char)=%u\\n",
        sizeof(int), sizeof(double), sizeof(char));

    //最初的值
    printf("&a=%p, &b=%p, &c=%p\\n", &a, &b, &c);
    printf("pa=%p, pb=%p, pc=%p\\n", pa, pb, pc);

    //加法运算
    pa++; pb++; pc++;
    printf("pa=%p, pb=%p, pc=%p\\n", pa, pb, pc);
    //减法运算
    pa -= 2; pb -= 2; pc -= 2;
    printf("pa=%p, pb=%p, pc=%p\\n", pa, pb, pc);
    return 0;

运算结果:

sizeof(int)= 4, sizeof(double)=8, sizeof(char)=1
&a=000000000061FE04, &b=000000000061FDF8, &c=000000000061FDF7
pa=000000000061FE04, pb=000000000061FDF8, pc=000000000061FDF7
pa=000000000061FE08, pb=000000000061FE00, pc=000000000061FDF8
pa=000000000061FE00, pb=000000000061FDF0, pc=000000000061FDF6

由上面的结果可以看到，当对指针pa，pb，pc进行加1时，实际地址增加的是对应类型的大小。减法也一样。

指针 - 指针

只有当两个指针都指向同一个数组中的元素时，才允许从一个指针减去另一个指针。两个指针相减的结果是两个指针之间的元素个数。比如,如果p1指向array[i]而p2指向array[j]，那么p2-p1的值就是j-i的值。如果两个指针所指向的不是同一个数组中的元素，那么它们之间相减的结果是未定义的，也是毫无意义的。

3 指针与数组

3.1 数组指针(指向数组的指针)

数组指针，它是一个指针，指向的是一个数组。即它存的是一个数组变量的地址。所以这个指针每加一步的步长就是数组的长度。由于它每跨一步都是整个数组，所以又称行数组。

#include <stdio.h>
int main()

    int a[3][4] = 1,2,3,4, 5,6,7,8, 9,10,11,12;
    int (*pa)[4];
    pa = a;
    printf("a:%p, &a:%p, &a[0][0]:%p\\n", a, &a, &a[0][0]);
    printf("pa:%p, (*pa)[0]:%u\\n", pa, (*pa)[0]);
    pa++;
    printf("&a[1]:%p, &a[1][0]:%p\\n", &a[1], &a[1][0]);
    printf("pa:%p, (*pa)[0]:%u\\n", pa, (*pa)[0]);
    return 0;

运行结果:

a:000000000061FDE0, &a:000000000061FDE0, &a[0][0]:000000000061FDE0
pa:000000000061FDE0, (*pa)[0]:1
&a[1]:000000000061FDF0, &a[1][0]:000000000061FDF0
pa:000000000061FDF0, (*pa)[0]:5

首先，pa是一个数组指针，它首先存的是数组a的首元素的地址，由于数组名也是数组的首地址，所以a, &a, &a[0][0]的地址相同。pa中存的也是这个地址。然后对pa进行解引用，*pa之后得到这个数组，然后(*pa)[i]就是获得这个数组下标为i的元素。

3.2 指针数组

指针数组，它本质上是一个数组，只不过整个数组存的类型是一个指针而已。

#include<stdio.h> 

int main(void)

    char *p1 = "Himanshu";
    char *p2 = "Arora";
    char *p3 = "India"; 

    char *arr[3]; 

    arr[0] = p1;
    arr[1] = p2;
    arr[2] = p3; 

   printf("\\n p1 = [%s] \\n",p1);
   printf("\\n p2 = [%s] \\n",p2);
   printf("\\n p3 = [%s] \\n",p3); 

   printf("\\n arr[0] = [%s] \\n",arr[0]);
   printf("\\n arr[1] = [%s] \\n",arr[1]);
   printf("\\n arr[2] = [%s] \\n",arr[2]); 

   return 0;

运行结果：

p1 = [Himanshu]

p2 = [Arora]

p3 = [India]

arr[0] = [Himanshu]

arr[1] = [Arora]

arr[2] = [India]

4 指针与字符

在C语言中，表示字符串一般有两种形式，一种是数组的形式，一种是字符指针的形式。

数组形式:

char arr[] = "hello,world";

字符指针形式:

char *str = "hello,world";

虽然上面两种形式都能表示字符串，但是它们还是有些区别的：

存储方式字符数组由若干元素组成，每个元素存放一个字符，而字符指针变量只存放字符串的首地址，不是整个字符串。

存储位置。数组是在内存中开辟了一段空间存放字符串, 是存在栈区。而字符指针是在字面值常量区开辟了一段空间存放字符串，将字符串的首地址付给指针变量str。

赋值方式。对于数组，下面的赋值方式是错误的：

char str［10];
str＝"hello"; // 错误！

而对字符指针变量，可以采用下面方法赋值：

char *a;
a = "hello";

可否被修改。指针变量指向的字符串内容不能被修改，但指针变量的值(即存放的地址或者指向)是可以被修改的。

来源：稀土掘金，作者：Elec

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