C语言—指针进阶

Posted 2021-06-29 Zheng"Rui

文章目录

• 指针
• 指针数组和数组指针
• • 指针数组
  • 数组指针
• 函数指针
• • 回调函数
• 函数指针数组
• 指向函数指针数组的指针

指针

首先看一下指针最基本的用法

#include<stdio.h>
int main(){
	char c = 'w';
	char* p = &c;
	printf("%c\\n", *p);

	*p = 'c';
	printf("%c\\n", *p);
	return 0;
}

看这段代码，这是对指针一个非常简单的应用，让指针p存放字符变量c的地址，通过对指针p解引用来访问变量c中存放的值。

指针数组和数组指针

首先搞清楚一个概念
指针数组 是 指针 还是 数组？？
答：是数组

数组指针 是 数组 还是 指针？？
答:是指针

要分清楚这个概念，其实只要关注这词最后的定语是什么，后面是数组，它就是一个数组，后面是指针，它就是一个指针。

下面来具体看一看，他们该如何定义和使用。

指针数组

指针数组这个概念比较好理解，我们已经学过整型数组，字符型数组。指针数组本质上就是一个数组，只不过，它的每个单元格里面存放的都是一个指针。
下面来看指针数组的定义

#include<stdio.h>
int main(){
	char* ch[3] = { "hello", "world", "!" };
	printf("%s ", ch[0]);
	printf("%s ", ch[1]);
	printf("%s ", ch[2]);
	return 0;
}

在这个指针数组中，有三个单元，分别存放了指向常量字符串"hello", “world”, "!"的指针，通过ch[数组下标]的方式，可以去调用其中的值。
下面看它的运行结果：

数组指针

我们说指针数组，是一个存放指针类型变量的数组。那数组指针又是什么含意呢？
定义：数组指针是一个指向整个数组的指针。
是的，你没有看错，它指向的是整个数组。
这里可能会有一个小误区，又可能会不理解什么叫做 指向整个数组，我们知道，数组名代表的只是数组首元素的地址，那我们该如何给这个数组指针赋上整个数组的地址呢? 而且一个数组有那么多的元素，那对这个指针解引用的时候，它会调用哪个元素的值呢？
下面我们来看实际代码：

比较 &数组名 和 数组名 之间的区别

	int num[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	printf("%p\\n", num);
	printf("%p\\n", &num);

我们首先定义一个一维数组，然后分别以地址的形式，打印num 和 &num 的址

我们发现，这两个值 ，居然是一样的，这是否表明 num 和 &num 是一个意思呢？
下面再来看：

	int num[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	printf("%p\\n", num);
	printf("%p\\n", &num);
	printf("------------\\n");
	printf("%p\\n", num + 1);
	printf("%p\\n", &num + 1);

在这里，我们保留了之前的代码，然后，输出num 和 &num 加1的结果，与之前进行对比

（注意：这里读者可能发现，num 和 &num 的值 与之前所得到的值不同，这是因为，我们在这里输出的是数组的地址，每次程序运行结束，都会销毁其中的数据，然后，下次运行时，再创建，所以系统为这个数组分配的地址可能与上次分配的不在一个地方，但是，num 和 &num 的值仍然相等，这个是不会变的。）

这里我们看到，num 和 &num 本来值是相同的，但在加1操作之后，居然指向了不同的地址，这是为什么？
为了了解这个问题，首先要清楚，地址加1代表了什么？是代表数值上的加1吗？显然不是，实际上地址加1，代表的是加上一个类型的大小。
明白了这个，就不难理解，num+1 为什么和 &num+1 的值不同了，因为，num代表的是数组首元素的地址，一个int型的元素，加1之后，加了四个字节，而&num代表的是整个数组的地址，&num+1，加的是整个数组的大小，也就是20个字节。所以我们看到，后面的两个数，之间差了16；
（注意：004FFB6C 和 004FFB7C之间差的是16，不是10，因为这是16进制表示的。）

明白了这个原理，我们就可以为我们的数组指针进行赋值，当然，赋的就是 （&数组名）这种形式了。
下面举一个例子：

#include<stdio.h>
int main(){
	int num[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	int(*p)[5] = &num;
	
	printf("%p\\n", &num);
	printf("%p\\n", *p);
	
	return 0;
}

这里我们定义了一个数组指针p，让它接收 数组num 的地址，在赋值完之后，我们输出&num 和 *p 的值，看看变量p 是否成功接收。

我们看到，p已经接收了这个数组的地址。
接下来，我们分析，如果对整个数组的地址进行解引用的话，会出现那个元素的值？

#include<stdio.h>
int main(){
	int num[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
	int(*p)[5] = &num;
	
	printf("%p\\n", &num);
	printf("%p\\n", *p);
	printf("----------\\n");
	
	printf("%d\\n", **p);
	return 0;
}

这里我们打印 **p 来访问其中的值 发现给出的不是 数组中随机一个的值，也不是整个数组的值都打印一遍，而是打印了数组首个元素的值，所以，得出结论，对数组的地址解引用得到的是数组首个元素的值，这也不难理解，因为数组的地址，本来就等于数组首元素的地址（在值上相等，但意义不同）

下面来看一个关于数组指针的实际应用：

设计一个函数，打印二维数组的值

#include<stdio.h>

void print(int(*p)[3], int row, int col)
{
	for (int i = 0; i < row; i++)
	{
		for (int j = 0; j < col; j++)
		{
			printf("%d ", p[i][j]);
		}
		printf("\\n");
	}
}

int main()
{
	int num[2][3] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
	
	print(num, 2, 3);
	return 0;
}

在这串代码中，我们实现了一个打印二维数组的函数，向print函数中，传入数组num，因为是一个二维数组，而num数组名代表了数组首元素的地址，num代表了第一行数组的地址，所以我们可以用一个指向数组的指针来接收这个地址。在函数中，我们仍然使用二维数组的形式去使用它，可以这么去理解
【p[1][2]就相当于，* ( (p+1)+2 ) p指向的是第一行数组，加1之后指向了第二行，也就是数组的第1行，然后解引用，(p+1)就相当于一个指向第二行首元素的地址，给这个地址，加2，也就是第二行的第三个元素，也就是num[1][2]。】

函数指针

函数指针，顾名思义，就是指向一个函数的指针。
这里我们引用一下函数指针的官方定义：
如果在程序中定义了一个函数，那么在编译时系统就会为这个函数代码分配一段存储空间，这段存储空间的首地址称为这个函数的地址。而且函数名表示的就是这个地址。既然是地址我们就可以定义一个指针变量来存放，这个指针变量就叫作函数指针变量，简称函数指针。

从这段定义中，我们可以知道，函数在编译的时候，系统会为其分配空间，而函数指针，就是存放这段空间地址的一个指针变量。

下面来看一下，如何去定义一个函数指针：

#include<stdio.h>

void print(int(*p)[3], int row, int col)
{
	for (int i = 0; i < row; i++)
	{
		for (int j = 0; j < col; j++)
		{
			printf("%d ", p[i][j]);
		}
		printf("\\n");
	}
}
int main()
{
	int num[2][3] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
	void(*pfunction)(int(*)[3], int, int) = &print;

	(*pfunction)(num, 2, 3);
	return 0;
}

可以看到，这段代码同样能够实现打印二维数组，也就说明，我们通过对函数指针的调用，同样可以去使用这个函数的功能。
但是，我们在实际使用函数指针的时候，并不是只是这样定义一个指针然后直接调用，一般，函数指针是用在 回调函数 当中的。

回调函数

什么是回调函数呢？
回调函数 英文名（call back function）当一个函数的参数也是一个函数的时候，这个函数就被称为，回调函数，那现在我们知道，要想传递一个函数的地址，就一定要使用到函数指针进行传参。

下面来看一个例子：

#include<stdio.h>
void print(int a)
{
	printf("%d\\n", a);

}
void test(void (*pfunction)(int ))
{
	(*pfunction)(3);

}
int main(){
	void(*pfunction)(int) = &print;
	
	test(pfunction);
	return 0;
}

这是一个简单的使用回调函数的例子，在这个例子中，我们的test函数中，并没有打印语句，打印语句在print函数中，所以我们首先定义了一个函数指针，让它指向函数print，然后调用test，向其中传递了函数print的地址，然后再test中调用print函数，从而达到打印数字3的目的。

这里有一个有意思的小问题，那就是，一个函数可以回调自身吗？也就是函数的参数，就是函数本身,这样的代码能实现吗？
答案是，不能。因为，函数再调用的时候，系统都会为函数分配一定的空间，如果函数回调自身的话，那么程序就会无休止的一直陷入函数调用中，系统一直为调用的函数分配空间，最终造成栈溢出，程序崩溃。

函数指针数组

函数指针数组与指针数组类似，本质上都是数组，其中的单元格存放的也都是地址，只不过函数指针数组当中存放的是各个函数的地址。
下面来看，函数指针数组该如何定义：

#include<stdio.h>
void add(int a, int b)
{
	printf("%d\\n", a + b);
}

void del(int a, int b)
{
	printf("%d\\n", a - b);
}
int main()
{
	void(*p[5])(int, int) = { &add ,&del};
	
	(*p[0])(1, 3);
	(*p[1])(3, 1);
	
	return 0;
}

在这段代码中，我们先定义了 add 和 del 两个函数，然后，在主函数中，我们没有直接调用它们，而是，通过定义了一个函数指针数组p，数组p的大小为5，其中存放的是指针，每个指针都是指向一个返回类型为 void ，并且有两个int型变量作为参数的函数。我们将函数add和del的地址放进去，然后通过访问数组的方法去访问它，看到仍然能够显示出正确的答案。

函数指针数组用途有它的局限性，也就是，放在函数指针数组当中的地址，对应的函数，必须有相同的返回类型，也必须有相同的参数，所以并不经常使用。

指向函数指针数组的指针

这种类型的指针使用频率更少，它也是一个指针，指向的是 存放函数指针的数组。
下面来看，借用上面的例子，如何定义一个指向函数指针数组 p 的指针：

#include<stdio.h>
void add(int a, int b)
{
	printf("%d\\n", a + b);
}

void del(int a, int b)
{
	printf("%d\\n", a - b);
}
int main(){
	void(*p[5])(int, int) = { &add ,&del};
	(*p[0])(1, 3);
	(*p[1])(3, 1);
	printf("----------\\n");
	
	void(*(*pp)[5])(int, int) = &p;
	(**pp[0])(1, 3);
	
	return 0;
}

在这里，我们定义了指向函数指针数组p的指针pp，然后通过pp对函数进行调用，也是可以的。但是，可以看出，我们嵌套了这么多的指针和数组，实现的仍然是本来简单的函数 add 和del的功能，但是，我们失去了原本代码非常重要的 可读性和可维护性。所以，在实际操作中，我们不需要写出，如此复杂难懂的代码，只需完成相应的功能即可。