C語言指針詳解

第一章 指針的概念

指針是一個特殊的變量，它里面存儲的數(shù)值被解釋成為內(nèi)存里的一個地址。要搞清一個指針需要搞清指針的四方面的內(nèi)容：指針的類型，指針所指向的類型，指針的值或者叫指針所指向的內(nèi)存區(qū)，還有指針本身所占據(jù)的內(nèi)存區(qū)。讓我們分別說明。

先聲明幾個指針放著做例子：

例一：

(1)int *ptr;

(2)char *ptr;

(3)int **ptr;

(4)int (*ptr)[3];

(5)int *(*ptr)[4];

如果看不懂后幾個例子的話，請參閱我前段時間貼出的文章 如何理解c和c

++的復雜類型聲明>>。

1 指針的類型。

從語法的角度看，你只要把指針聲明語句里的指針名字去掉，剩下的部分就是這個指針的類型。這是指針本身所具有的類型。讓我們看看例一中各個指針的類型：

(1)int *ptr; //指針的類型是int *

(2)char *ptr; //指針的類型是char *

(3)int **ptr; //指針的類型是 int **

(4)int (*ptr)[3]; //指針的類型是 int(*)[3]

(5)int *(*ptr)[4]; //指針的類型是 int *(*)[4]

怎么樣？找出指針的類型的方法是不是很簡單？

2 指針所指向的類型。

當你通過指針來訪問指針所指向的內(nèi)存區(qū)時，指針所指向的類型決定了編譯器將把那片內(nèi)存區(qū)里的內(nèi)容當做什么來看待。

從語法上看，你只須把指針聲明語句中的指針名字和名字左邊的指針聲明符*去掉，剩下的就是指針所指向的類型。例如：

(1)int *ptr; //指針所指向的類型是int

(2)char *ptr; //指針所指向的的類型是char

(3)int **ptr; //指針所指向的的類型是 int *

(4)int (*ptr)[3]; //指針所指向的的類型是 int()[3]

(5)int *(*ptr)[4]; //指針所指向的的類型是 int *()[4]

在指針的算術運算中，指針所指向的類型有很大的作用。

指針的類型(即指針本身的類型)和指針所指向的類型是兩個概念。當你對C越來越熟悉時，你會發(fā)現(xiàn)，把與指針攪和在一起的“類型”這個概念分成“指針的類型”和“指針所指向的類型”兩個概念，是精通指針的關鍵點之一。我看了不少書，發(fā)現(xiàn)有些寫得差的書中，就把指針的這兩個概念攪在一起了，所以看起書來前后矛盾，越看越糊涂。

3 指針的值，或者叫指針所指向的內(nèi)存區(qū)或地址。

指針的值是指針本身存儲的數(shù)值，這個值將被編譯器當作一個地址，而不是一個一般的數(shù)值。在32位程序里，所有類型的指針的值都是一個32位整數(shù)，因為32位程序里內(nèi)存地址全都是32位長。

指針所指向的內(nèi)存區(qū)就是從指針的值所代表的那個內(nèi)存地址開始，長度為sizeof(指針所指向的類型)的一片內(nèi)存區(qū)。以后，我們說一個指針的值是XX，就相當于說該指針指向了以XX為首地址的一片內(nèi)存區(qū)域；我們說一個指針指向了某塊內(nèi)存區(qū)域，就相當于說該指針的值是這塊內(nèi)存區(qū)域的首地址。

指針所指向的內(nèi)存區(qū)和指針所指向的類型是兩個完全不同的概念。在例一中，指針所指向的類型已經(jīng)有了，但由于指針還未初始化，所以它所指向的內(nèi)存區(qū)是不存在的，或者說是無意義的。

以后，每遇到一個指針，都應該問問：這個指針的類型是什么？指針指向的類型是什么？該指針指向了哪里？

4 指針本身所占據(jù)的內(nèi)存區(qū)。

指針本身占了多大的內(nèi)存？你只要用函數(shù)sizeof(指針的類型)測一下就知道了。在32位平臺里，指針本身占據(jù)了4個字節(jié)的長度。

指針本身占據(jù)的內(nèi)存這個概念在判斷一個指針表達式是否是左值時很有用。 　

第二章 指針的算術運算

指針可以加上或減去一個整數(shù)。指針的這種運算的意義和通常的數(shù)值的加減運算的意義是不一樣的。例如：

例二：

1。 char a[20];

2。 int *ptr=a;

...

...

3。 ptr++;

在上例中，指針ptr的類型是int*,它指向的類型是int，它被初始化為指向整形變量a。接下來的第3句中，指針ptr被加了1，編譯器是這樣處理的：它把指針ptr的值加上了sizeof(int)，在32位程序中，是被加上了4。由于地址是用字節(jié)做單位的，故ptr所指向的地址由原來的變量a的地址向高地址方向增加了4個字節(jié)。

由于char類型的長度是一個字節(jié)，所以，原來ptr是指向數(shù)組a的第0號單元開始的四個字節(jié)，此時指向了數(shù)組a中從第4號單元開始的四個字節(jié)。

我們可以用一個指針和一個循環(huán)來遍歷一個數(shù)組，看例子：

例三：

int array[20];

int *ptr=array;

...

//此處略去為整型數(shù)組賦值的代碼。

...

for(i=0;i 20;i++)

{

(*ptr)++;

ptr++；

}

這個例子將整型數(shù)組中各個單元的值加1。由于每次循環(huán)都將指針ptr加1，所以每次循環(huán)都能訪問數(shù)組的下一個單元。再看例子：

例四：

1。 char a[20];

2。 int *ptr=a;

...

...

3。 ptr+=5;

在這個例子中，ptr被加上了5，編譯器是這樣處理的：將指針ptr的值加上5乘sizeof(int)，在32位程序中就是加上了5乘4=20。由于地址的單位是字節(jié)，故現(xiàn)在的ptr所指向的地址比起加5后的ptr所指向的地址來說，向高地址方向移動了20個字節(jié)。在這個例子中，沒加5前的ptr指向數(shù)組a的第0號單元開始的四個字節(jié)，加5后，ptr已經(jīng)指向了數(shù)組a的合法范圍之外了。雖然這種情況在應用上會出問題，但在語法上卻是可以的。這也體現(xiàn)出了指針的靈活性。

如果上例中，ptr是被減去5，那么處理過程大同小異，只不過ptr的值是被減去5乘sizeof(int)，新的ptr指向的地址將比原來的ptr所指向的地址向低地址方向移動了20個字節(jié)。

總結一下，一個指針ptrold加上一個整數(shù)n后，結果是一個新的指針ptrnew，ptrnew的類型和ptrold的類型相同，ptrnew所指向的類型和ptrold所指向的類型也相同。ptrnew的值將比ptrold的值增加了n乘sizeof(ptrold所指向的類型)個字節(jié)。就是說，ptrnew所指向的內(nèi)存區(qū)將比ptrold所指向的內(nèi)存區(qū)向高地址方向移動了n乘sizeof(ptrold所指向的類型)個字節(jié)。一個指針ptrold減去一個整數(shù)n后，結果是一個新的指針ptrnew，ptrnew的類型和ptrold的類型相同，ptrnew所指向的類型和ptrold所指向的類型也相同。ptrnew的值將比ptrold的值減少了n乘sizeof(ptrold所指向的類型)個字節(jié)，就是說，ptrnew所指向的內(nèi)存區(qū)將比ptrold所指向的內(nèi)存區(qū)向低地址方向移動了n乘sizeof(ptrold所指向的類型)個字節(jié)。

第三章 運算符和*

這里是取地址運算符，*是...書上叫做“間接運算符”。a的運算結果是一個指針，指針的類型是a的類型加個*，指針所指向的類型是a的類型，指針所指向的地址嘛，那就是a的地址。*p的運算結果就五花八門了。總之*p的結果是p所指向的東西，這個東西有這些特點：它的類型是p指向的類型，它所占用的地址是p所指向的地址。

例五：

int a=12;

int b;

int *p;

int **ptr;

p=a;//a的結果是一個指針，類型是int*，指向的類型是int，指向的地址是a的地址。

*p=24;//*p的結果，在這里它的類型是int，它所占用的地址是p所指向的地址，顯然，*p就是變量a。

ptr=p; //p的結果是個指針，該指針的類型是p的類型加個*，在這里是int**。該指針所指向的類型是p的類

//型，這里是int*。該指針所指向的地址就是指針p自己的地址。

*ptr=b; //*ptr是個指針，b的結果也是個指針，且這兩個指針的類型和所指向的類型是一樣的，所以

//b來給*ptr賦值就是毫無問題的了。

**ptr=34; //*ptr的結果是ptr所指向的東西，在這里是一個指針，對這個指針再做一次*運算，結果就是一個

//int類型的變量。

第四章 指針表達式

一個表達式的最后結果如果是一個指針，那么這個表達式就叫指針表達式。下面是一些指針表達式的例子：

例六：

int a,b;

int array[10];

int *pa;

pa=a;//a是一個指針表達式。

int **ptr=pa;//pa也是一個指針表達式。

*ptr=b;//*ptr和b都是指針表達式。

pa=array;

pa++;//這也是指針表達式。

例七：

char *arr[20];

char **parr=arr;//如果把arr看作指針的話，arr也是指針表達式

char *str;

str=*parr;//*parr是指針表達式

str=*(parr+1);//*(parr+1)是指針表達式

str=*(parr+2);//*(parr+2)是指針表達式

由于指針表達式的結果是一個指針，所以指針表達式也具有指針所具有的四個要素：指針的類型，指針所指向的類型，指針指向的內(nèi)存區(qū)，指針自身占據(jù)的內(nèi)存。

好了，當一個指針表達式的結果指針已經(jīng)明確地具有了指針自身占據(jù)的內(nèi)存的話，這個指針表達式就是一個左值，否則就不是一個左值。 在例七中，a不是一個左值，因為它還沒有占據(jù)明確的內(nèi)存。*ptr是一個左值，因為*ptr這個指針已經(jīng)占據(jù)了內(nèi)存，其實*ptr就是指針pa，既然pa已經(jīng)在內(nèi)存中有了自己的位置，那么*ptr當然也有了自己的位置。

第五章 數(shù)組和指針的關系

如果對聲明數(shù)組的語句不太明白的話，請參閱我前段時間貼出的文章 如何理解c和c++的復雜類型聲明>>。 數(shù)組的數(shù)組名其實可以看作一個指針。看下例：

例八：

int array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},value;

...

...

value=array[0]; //也可寫成：value=*array;

value=array[3]; //也可寫成：value=*(array+3);

value=array[4]; //也可寫成：value=*(array+4);

上例中，一般而言數(shù)組名array代表數(shù)組本身，類型是int [10]，但如果把array看做指針的話，它指向數(shù)組的第0個單元，類型是int *，所指向的類型是數(shù)組單元的類型即int。因此*array等于0就一點也不奇怪了。同理，array+3是一個指向數(shù)組第3個單元的指針，所以*(array+3)等于3。其它依此類推。

例九：

char *str[3]={

Hello,this is a sample!,

Hi,good morning.,

Hello world

};

char s[80]；

strcpy(s,str[0]); //也可寫成strcpy(s,*str);

strcpy(s,str[1]); //也可寫成strcpy(s,*(str+1));

strcpy(s,str[2]); //也可寫成strcpy(s,*(str+2));

上例中，str是一個三單元的數(shù)組，該數(shù)組的每個單元都是一個指針，這些指針各指向一個字符串。把指針數(shù)組名str當作一個指針的話，它指向數(shù)組的第0號單元，它的類型是char**，它指向的類型是char *。

*str也是一個指針，它的類型是char*，它所指向的類型是char，它指向的地址是字符串Hello,this is a sample!的第一個字符的地址，即'H'的地址。 str+1也是一個指針，它指向數(shù)組的第1號單元，它的類型是char**，它指向的類型是char *。

*(str+1)也是一個指針，它的類型是char*，它所指向的類型是char，它指向Hi,good morning.的第一個字符'H'，等等。

下面總結一下數(shù)組的數(shù)組名的問題。聲明了一個數(shù)組TYPE array[n]，則數(shù)組名稱array就有了兩重含義：第一，它代表整個數(shù)組，它的類型是TYPE [n]；第二，它是一個指針，該指針的類型是TYPE*，該指針指向的類型是TYPE，也就是數(shù)組單元的類型，該指針指向的內(nèi)存區(qū)就是數(shù)組第0號單元，該指針自己占有單獨的內(nèi)存區(qū)，注意它和數(shù)組第0號單元占據(jù)的內(nèi)存區(qū)是不同的。該指針的值是不能修改的，即類似array++的表達式是錯誤的。

在不同的表達式中數(shù)組名array可以扮演不同的角色。

在表達式sizeof(array)中，數(shù)組名array代表數(shù)組本身，故這時sizeof函數(shù)測出的是整個數(shù)組的大小。

在表達式*array中，array扮演的是指針，因此這個表達式的結果就是數(shù)組第0號單元的值。sizeof(*array)測出的是數(shù)組單元的大小。

表達式array+n（其中n=0，1，2，....。）中，array扮演的是指針，故array+n的結果是一個指針，它的類型是TYPE*，它指向的類型是TYPE，它指向數(shù)組第n號單元。故sizeof(array+n)測出的是指針類型的大小。

例十：

int array[10];

int (*ptr)[10];

ptr=array;

上例中ptr是一個指針，它的類型是int (*)[10]，他指向的類型是int [10]，我們用整個數(shù)組的首地址來初始化它。在語句ptr=array中，array代表數(shù)組本身。

本節(jié)中提到了函數(shù)sizeof()，那么我來問一問，sizeof(指針名稱)測出的究竟是指針自身類型的大小呢還是指針所指向的類型的大?。看鸢甘乔罢?。例如：

int (*ptr)[10];

則在32位程序中，有：

sizeof(int(*)[10])==4

sizeof(int [10])==40

sizeof(ptr)==4

實際上，sizeof(對象)測出的都是對象自身的類型的大小，而不是別的什么類型的大小。 　

第六章 指針和結構類型的關系

可以聲明一個指向結構類型對象的指針。

例十一：

struct MyStruct

{

int a;

int b;

int c;

}

MyStruct ss={20,30,40}; //聲明了結構對象ss，并把ss的三個成員初始化為20，30和40。

MyStruct *ptr=ss; //聲明了一個指向結構對象ss的指針。它的類型是

MyStruct*,它指向的類型是MyStruct。

int *pstr=(int*)ss; //聲明了一個指向結構對象ss的指針。但是它的類型和它指向的類型和ptr是不同的。

請問怎樣通過指針ptr來訪問ss的三個成員變量？

答案：

ptr->a;

ptr->b;

ptr->c;

又請問怎樣通過指針pstr來訪問ss的三個成員變量？

答案：

*pstr；//訪問了ss的成員a。

*(pstr+1);//訪問了ss的成員b。

*(pstr+2)//訪問了ss的成員c。

呵呵，雖然我在我的MSVC++6.0上調(diào)式過上述代碼，但是要知道，這樣使用pstr來訪問結構成員是不正規(guī)的，為了說明為什么不正規(guī)，讓我們看看怎樣通過指針來訪問數(shù)組的各個單元：

例十二：

int array[3]={35,56,37};

int *pa=array;

通過指針pa訪問數(shù)組array的三個單元的方法是：

*pa;//訪問了第0號單元

*(pa+1);//訪問了第1號單元

*(pa+2);//訪問了第2號單元

從格式上看倒是與通過指針訪問結構成員的不正規(guī)方法的格式一樣。

所有的C/C++編譯器在排列數(shù)組的單元時，總是把各個數(shù)組單元存放在連續(xù)的存儲區(qū)里，單元和單元之間沒有空隙。但在存放結構對象的各個成員時，在某種編譯環(huán)境下，可能會需要字對齊或雙字對齊或者是別的什么對齊，需要在相鄰兩個成員之間加若干個“填充字節(jié)”，這就導致各個成員之間可能會有若干個字節(jié)的空隙。

所以，在例十二中，即使*pstr訪問到了結構對象ss的第一個成員變量a，也不能保證*(pstr+1)就一定能訪問到結構成員b。因為成員a和成員b之間可能會有若干填充字節(jié)，說不定*(pstr+1)就正好訪問到了這些填充字節(jié)呢。這也證明了指針的靈活性。要是你的目的就是想看看各個結構成員之間到底有沒有填充字節(jié)，嘿，這倒是個不錯的方法。

通過指針訪問結構成員的正確方法應該是象例十二中使用指針ptr的方法。

第七章 指針和函數(shù)的關系

可以把一個指針聲明成為一個指向函數(shù)的指針。

int fun1(char*,int);

int (*pfun1)(char*,int);

pfun1=fun1;

....

....

int a=(*pfun1)(abcdefg,7);//通過函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)。

可以把指針作為函數(shù)的形參。在函數(shù)調(diào)用語句中，可以用指針表達式來作為實參。

例十三：

int fun(char*);

int a;

char str[]=abcdefghijklmn;

a=fun(str);

...

...

int fun(char*s)

{

int num=0;

for(int i=0;i strlen(s);i++)

{

num+=*s;s++;

}

return num;

}

這個例子中的函數(shù)fun統(tǒng)計一個字符串中各個字符的ASCII碼值之和。前面說了，數(shù)組的名字也是一個指針。在函數(shù)調(diào)用中，當把str作為實參傳遞給形參s后，實際是把str的值傳遞給了s，s所指向的地址就和str所指向的地址一致，但是str和s各自占用各自的存儲空間。在函數(shù)體內(nèi)對s進行自加1運算，并不意味著同時對str進行了自加1運算。

第八章 指針類型轉換

當我們初始化一個指針或給一個指針賦值時，賦值號的左邊是一個指針，賦值號的右邊是一個指針表達式。在我們前面所舉的例子中，絕大多數(shù)情況下，指針的類型和指針表達式的類型是一樣的，指針所指向的類型和指針表達式所指向的類型是一樣的。

例十四：

1。 float f=12.3;

2。 float *fptr=f;

3。 int *p;

在上面的例子中，假如我們想讓指針p指向實數(shù)f，應該怎么搞？是用下面的語句嗎？

p=f;

不對。因為指針p的類型是int*，它指向的類型是int。表達式f的結果是一個指針，指針的類型是float*,它指向的類型是float。兩者不一致，直接賦值的方法是不行的。至少在我的MSVC++6.0上，對指針的賦值語句要求賦值號兩邊的類型一致，所指向的類型也一致，其它的編譯器上我沒試過，大家可以試試。為了實現(xiàn)我們的目的，需要進行“強制類型轉換”：

p=(int*)f;

如果有一個指針p，我們需要把它的類型和所指向的類型改為TYEP*和TYPE，那么語法格式是：

(TYPE*)p；

這樣強制類型轉換的結果是一個新指針，該新指針的類型是TYPE*，它指向的類型是TYPE，它指向的地址就是原指針指向的地址。而原來的指針p的一切屬性都沒有被修改。

一個函數(shù)如果使用了指針作為形參，那么在函數(shù)調(diào)用語句的實參和形參的結合過程中，也會發(fā)生指針類型的轉換。

例十五：

void fun(char*);

int a=125,b;

fun((char*)a);

...

...

void fun(char*s)

{

char c;

c=*(s+3);*(s+3)=*(s+0);*(s+0)=c;

c=*(s+2);*(s+2)=*(s+1);*(s+1)=c;

}

注意這是一個32位程序，故int類型占了四個字節(jié)，char類型占一個字節(jié)。函數(shù)fun的作用是把一個整數(shù)的四個字節(jié)的順序來個顛倒。注意到了嗎？在函數(shù)調(diào)用語句中，實參a的結果是一個指針，它的類型是int *，它指向的類型是int。形參這個指針的類型是char*，它指向的類型是char。這樣，在實參和形參的結合過程中，我們必須進行一次從int*類型到char*類型的轉換。結合這個例子，我們可以這樣來想象編譯器進行轉換的過程：編譯器先構造一個臨時指針 char*temp，然后執(zhí)行temp=(char*)a，最后再把temp的值傳遞給s。所以最后的結果是：s的類型是char*,它指向的類型是char，它指向的地址就是a的首地址。

我們已經(jīng)知道，指針的值就是指針指向的地址，在32位程序中，指針的值其實是一個32位整數(shù)。那可不可以把一個整數(shù)當作指針的值直接賦給指針呢？就象下面的語句：

unsigned int a;

TYPE *ptr;//TYPE是int，char或結構類型等等類型。

...

...

a=20345686;

ptr=20345686;//我們的目的是要使指針ptr指向地址20345686（十進制）

ptr=a;//我們的目的是要使指針ptr指向地址20345686（十進制）

編譯一下吧。結果發(fā)現(xiàn)后面兩條語句全是錯的。那么我們的目的就不能達到了嗎？不，還有辦法：

unsigned int a;

TYPE *ptr; //TYPE是int，char或結構類型等等類型。

...

...

a= //a等于某個數(shù)，這個數(shù)必須代表一個合法的地址；

ptr=(TYPE*)a； //呵呵，這就可以了。

嚴格說來這里的(TYPE*)和指針類型轉換中的(TYPE*)還不一樣。這里的(TYPE*)的意思是把無符號整數(shù)a的值當作一個地址來看待。

上面強調(diào)了a的值必須代表一個合法的地址，否則的話，在你使用ptr的時候，就會出現(xiàn)非法操作錯誤。

想想能不能反過來，把指針指向的地址即指針的值當作一個整數(shù)取出來。完全可以。下面的例子演示了把一個指針的值當作一個整數(shù)取出來，然后再把這個整數(shù)當作一個地址賦給一個指針：

例十六：

int a=123,b;

int *ptr=a;

char *str;

b=(int)ptr; //把指針ptr的值當作一個整數(shù)取出來。

str=(char*)b; //把這個整數(shù)的值當作一個地址賦給指針str。

好了，現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了，可以把指針的值當作一個整數(shù)取出來，也可以把一個整數(shù)值當作地址賦給一個指針。

第九章 指針的安全問題

看下面的例子：

例十七：

char s='a';

int *ptr;

ptr=(int*)s;

*ptr=1298；

指針ptr是一個int*類型的指針，它指向的類型是int。它指向的地址就是s的首地址。在32位程序中，s占一個字節(jié)，int類型占四個字節(jié)。最后一條語句不但改變了s所占的一個字節(jié)，還把和s相臨的高地址方向的三個字節(jié)也改變了。這三個字節(jié)是干什么的？只有編譯程序知道，而寫程序的人是不太可能知道的。也許這三個字節(jié)里存儲了非常重要的數(shù)據(jù)，也許這三個字節(jié)里正好是程序的一條代碼，而由于你對指針的馬虎應用，這三個字節(jié)的值被改變了！這會造成崩潰性的錯誤。讓我們再來看一例：

例十八：

1。 char a;

2。 int *ptr=a;

...

...

3。 ptr++;

4。 *ptr=115;

該例子完全可以通過編譯，并能執(zhí)行。但是看到?jīng)]有？第3句對指針ptr進行自加1運算后，ptr指向了和整形變量a相鄰的高地址方向的一塊存儲區(qū)。這塊存儲區(qū)里是什么？我們不知道。有可能它是一個非常重要的數(shù)據(jù)，甚至可能是一條代碼。而第4句竟然往這片存儲區(qū)里寫入一個數(shù)據(jù)！這是嚴重的錯誤。所以在使用指針時，程序員心里必須非常清楚：我的指針究竟指向了哪里。

在用指針訪問數(shù)組的時候，也要注意不要超出數(shù)組的低端和高端界限，否則也會造成類似的錯誤。

在指針的強制類型轉換：ptr1=(TYPE*)ptr2中，如果sizeof(ptr2的類型)大于sizeof(ptr1的類型)，那么在使用指針ptr1來訪問ptr2所指向的存儲區(qū)時是安全的。如果sizeof(ptr2的類型)小于sizeof(ptr1的類型)，那么在使用指針ptr1來訪問ptr2所指向的存儲區(qū)時是不安全的。至于為什么，讀者結合例十七來想一想，應該會明白的。

請寫出以下程序的運行結果：

#include stdio.h>
int *p;
pp(int a,int *b);
main()
{
int a=1,b=2,c=3;
p=b;
pp(a+c,b);
printf((1)%d%d%dn,a,b,*p);
}
pp(int a,int *b)
{int c=4;
*p=*b+c;
a=*p-c;
printf((2)%d%d%dn,a,*b,*p);
}