C語言教程第六章:指針

指針簡介

　　指針是Ｃ語言中廣泛使用的一種數據類型。 運用指針編程是Ｃ語言最主要的風格之一。利用指針變量可以表示各種數據結構； 能很方便地使用數組和字符串； 并能象匯編語言一樣處理內存地址，從而編出精練而高效的程序。指針極大地豐富了Ｃ語言的功能。 學習指針是學習Ｃ語言中最重要的一環， 能否正確理解和使用指針是我們是否掌握Ｃ語言的一個標志。同時， 指針也是Ｃ語言中最為困難的一部分，在學習中除了要正確理解基本概念，還必須要多編程，上機調試。只要作到這些，指針也是不難掌握的。

　　指針的基本概念 在計算機中，所有的數據都是存放在存儲器中的。 一般把存儲器中的一個字節稱為一個內存單元， 不同的數據類型所占用的內存單元數不等，如整型量占2個單元，字符量占1個單元等， 在第二章中已有詳細的介紹。為了正確地訪問這些內存單元， 必須為每個內存單元編上號。 根據一個內存單元的編號即可準確地找到該內存單元。內存單元的編號也叫做地址。 既然根據內存單元的編號或地址就可以找到所需的內存單元，所以通常也把這個地址稱為指針。 內存單元的指針和內存單元的內容是兩個不同的概念。 可以用一個通俗的例子來說明它們之間的關系。我們到銀行去存取款時， 銀行工作人員將根據我們的帳號去找我們的存款單， 找到之后在存單上寫入存款、取款的金額。在這里，帳號就是存單的指針， 存款數是存單的內容。對于一個內存單元來說，單元的地址即為指針， 其中存放的數據才是該單元的內容。在Ｃ語言中， 允許用一個變量來存放指針，這種變量稱為指針變量。因此， 一個指針變量的值就是某個內存單元的地址或稱為某內存單元的指針。圖中，設有字符變量C，其內容為“K”(ASCII碼為十進制數 75)，C占用了011A號單元(地址用十六進數表示)。設有指針變量P，內容為011A， 這種情況我們稱為P指向變量C，或說P是指向變量C的指針。 嚴格地說，一個指針是一個地址， 是一個常量。而一個指針變量卻可以被賦予不同的指針值，是變。 但在常把指針變量簡稱為指針。為了避免混淆，我們中約定：“指針”是指地址， 是常量，“指針變量”是指取值為地址的變量。 定義指針的目的是為了通過指針去訪問內存單元。
　
　　既然指針變量的值是一個地址， 那么這個地址不僅可以是變量的地址， 也可以是其它數據結構的地址。在一個指針變量中存放一
個數組或一個函數的首地址有何意義呢？ 因為數組或函數都是連續存放的。通過訪問指針變量取得了數組或函數的首地址， 也就找到了該數組或函數。這樣一來， 凡是出現數組，函數的地方都可以用一個指針變量來表示， 只要該指針變量中賦予數組或函數的首地址即可。這樣做， 將會使程序的概念十分清楚，程序本身也精練，高效。在Ｃ語言中， 一種數據類型或數據結構往往都占有一組連續的內存單元。 用“地址”這個概念并不能很好地描述一種數據類型或數據結構， 而“指針”雖然實際上也是一個地址，但它卻是一個數據結構的首地址， 它是“指向”一個數據結構的，因而概念更為清楚，表示更為明確。 這也是引入“指針”概念的一個重要原因。

指針變量的類型說明

　　對指針變量的類型說明包括三個內容：
(1)指針類型說明，即定義變量為一個指針變量；
(2)指針變量名；
(3)變量值(指針)所指向的變量的數據類型。
　　其一般形式為： 類型說明符 *變量名；
　　其中，*表示這是一個指針變量，變量名即為定義的指針變量名，類型說明符表示本指針變量所指向的變量的數據類型。
　　例如： int *p1;表示p1是一個指針變量，它的值是某個整型變量的地址。 或者說p1指向一個整型變量。至于p1究竟指向哪一個整型變量， 應由向p1賦予的地址來決定。
　　再如：
staic int *p2; /*p2是指向靜態整型變量的指針變量*/
float *p3; /*p3是指向浮點變量的指針變量*/
char *p4; /*p4是指向字符變量的指針變量*/ 應該注意的是，一個指針變量只能指向同類型的變量，如P3 只能指向浮點變量，不能時而指向一個浮點變量， 時而又指向一個字符變量。

指針變量的賦值

　　指針變量同普通變量一樣，使用之前不僅要定義說明， 而且必須賦予具體的值。未經賦值的指針變量不能使用， 否則將造成系統混亂，甚至死機。指針變量的賦值只能賦予地址， 決不能賦予任何其它數據，否則將引起錯誤。在Ｃ語言中， 變量的地址是由編譯系統分配的，對用戶完全透明，用戶不知道變量的具體地址。 Ｃ語言中提供了地址運算符&來表示變量的地址。其一般形式為： & 變量名； 如&a變示變量a的地址，&b表示變量b的地址。 變量本身必須預先說明。設有指向整型變量的指針變量p，如要把整型變量a 的地址賦予p可以有以下兩種方式：
(1)指針變量初始化的方法 int a;
int *p=&a;
(2)賦值語句的方法 int a;
int *p;
p=&a;
不允許把一個數賦予指針變量，故下面的賦值是錯誤的： int *p;p=1000; 被賦值的指針變量前不能再加“*”說明符，如寫為*p=&a 也是錯誤的

指針變量的運算

　　指針變量可以進行某些運算，但其運算的種類是有限的。 它只能進行賦值運算和部分算術運算及關系運算。
1.指針運算符

(1)取地址運算符&
　　取地址運算符&是單目運算符，其結合性為自右至左，其功能是取變量的地址。在scanf函數及前面介紹指針變量賦值中，我們已經了解并使用了&運算符。

(2)取內容運算符*
　　取內容運算符*是單目運算符，其結合性為自右至左，用來表示指針變量所指的變量。在*運算符之后跟的變量必須是指針變量。需要注意的是指針運算符*和指針變量說明中的指針說明符* 不是一回事。在指針變量說明中，“*”是類型說明符，表示其后的變量是指針類型。而表達式中出現的“*”則是一個運算符用以表示指針變量所指的變量。
main(){
int a=5,*p=&a;
printf (“%d”,*p);
}
……
表示指針變量p取得了整型變量a的地址。本語句表示輸出變量a的值。

2.指針變量的運算

(1)賦值運算

指針變量的賦值運算有以下幾種形式：
①指針變量初始化賦值，前面已作介紹。

②把一個變量的地址賦予指向相同數據類型的指針變量。例如：
int a,*pa;
pa=&a; /*把整型變量a的地址賦予整型指針變量pa*/

③把一個指針變量的值賦予指向相同類型變量的另一個指針變量。如：
int a,*pa=&a,*pb;
pb=pa; /*把a的地址賦予指針變量pb*/
由于pa,pb均為指向整型變量的指針變量，因此可以相互賦值。

④把數組的首地址賦予指向數組的指針變量。
例如： int a[5],*pa;
pa=a; (數組名表示數組的首地址，故可賦予指向數組的指針變量pa)
也可寫為：
pa=&a[0]; /*數組第一個元素的地址也是整個數組的首地址，
也可賦予pa*/
當然也可采取初始化賦值的方法：
int a[5],*pa=a;

⑤把字符串的首地址賦予指向字符類型的指針變量。例如： char *pc;pc=”c language”;或用初始化賦值的方法寫為： char *pc=”C Language”; 這里應說明的是并不是把整個字符串裝入指針變量， 而是把存放該字符串的字符數組的首地址裝入指針變量。 在后面還將詳細介紹。

⑥把函數的入口地址賦予指向函數的指針變量。例如： int (*pf)();pf=f; /*f為函數名*/

(2)加減算術運算

　　對于指向數組的指針變量，可以加上或減去一個整數n。設pa是指向數組a的指針變量，則pa+n,pa-n,pa++,++pa,pa–,–pa 運算都是合法的。指針變量加或減一個整數n的意義是把指針指向的當前位置(指向某數組元素)向前或向后移動n個位置。應該注意，數組指針變量向前或向后移動一個位置和地址加1或減1 在概念上是不同的。因為數組可以有不同的類型， 各種類型的數組元素所占的字節長度是不同的。如指針變量加1，即向后移動1 個位置表示指針變量指向下一個數據元素的首地址。而不是在原地址基礎上加1。
例如：
int a[5],*pa;
pa=a; /*pa指向數組a，也是指向a[0]*/
pa=pa+2; /*pa指向a[2]，即pa的值為&pa[2]*/ 指針變量的加減運算只能對數組指針變量進行， 對指向其它類型變量的指針變量作加減運算是毫無意義的。(3)兩個指針變量之間的運算只有指向同一數組的兩個指針變量之間才能進行運算， 否則運算毫無意義。

①兩指針變量相減
兩指針變量相減所得之差是兩個指針所指數組元素之間相差的元素個數。實際上是兩個指針值(地址) 相減之差再除以該數組元素的長度(字節數)。例如pf1和pf2 是指向同一浮點數組的兩個指針變量，設pf1的值為2010H，pf2的值為2000H，而浮點數組每個元素占4個字節，所以pf1-pf2的結果為(2000H-2010H)/4=4，表示pf1和 pf2之間相差4個元素。兩個指針變量不能進行加法運算。 例如， pf1+pf2是什么意思呢?毫無實際意義。

②兩指針變量進行關系運算
指向同一數組的兩指針變量進行關系運算可表示它們所指數組元素之間的關系。例如：
pf1==pf2表示pf1和pf2指向同一數組元素
pf1>pf2表示pf1處于高地址位置
pf1<pf2表示pf2處于低地址位置
main(){
int a=10,b=20,s,t,*pa,*pb;
pa=&a;
pb=&b;
s=*pa+*pb;
t=*pa**pb;
printf(“a=%dnb=%dna+b=%dna*b=%dn”,a,b,a+b,a*b);
printf(“s=%dnt=%dn”,s,t);
}
……
說明pa,pb為整型指針變量
給指針變量pa賦值，pa指向變量a。
給指針變量pb賦值，pb指向變量b。
本行的意義是求a+b之和，(*pa就是a，*pb就是b)。
本行是求a*b之積。
輸出結果。
輸出結果。
……
指針變量還可以與0比較。設p為指針變量，則p==0表明p是空指針，它不指向任何變量；p!=0表示p不是空指針。空指針是由對指針變量賦予0值而得到的。例如： #define NULL 0　int *p=NULL; 對指針變量賦0值和不賦值是不同的。指針變量未賦值時，可以是任意值，是不能使用的。否則將造成意外錯誤。而指針變量賦0值后，則可以使用，只是它不指向具體的變量而已。
main(){
int a,b,c,*pmax,*pmin;
printf(“input three numbers:n”);
scanf(“%d%d%d”,&a,&b,&c);
if(a>b){
pmax=&a;
pmin=&b;}
else{
pmax=&b;
pmin=&a;}
if(c>*pmax) pmax=&c;
if(c<*pmin) pmin=&c;
printf(“max=%dnmin=%dn”,*pmax,*pmin);
}
……
pmax,pmin為整型指針變量。
輸入提示。
輸入三個數字。
如果第一個數字大于第二個數字．．．
指針變量賦值
指針變量賦值

指針變量賦值
指針變量賦值
判斷并賦值
判斷并賦值
輸出結果
……

數組指針變量的說明和使用

　　指向數組的指針變量稱為數組指針變量。 在討論數組指針變量的說明和使用之前，我們先明確幾個關系。
一個數組是由連續的一塊內存單元組成的。 數組名就是這塊連續內存單元的首地址。一個數組也是由各個數組元素(下標變量) 組成的。每個數組元素按其類型不同占有幾個連續的內存單元。 一個數組元素的首地址也是指它所占有的幾個內存單元的首地址。 一個指針變量既可以指向一個數組，也可以指向一個數組元素， 可把數組名或第一個元素的地址賦予它。如要使指針變量指向第i號元素可以把i元素的首地址賦予它或把數組名加i賦予它。

　　設有實數組a，指向a的指針變量為pa，從圖6.3中我們可以看出有以下關系：
pa,a,&a[0]均指向同一單元，它們是數組a的首地址，也是0 號元素a[0]的首地址。pa+1,a+1,&a[1]均指向1號元素a[1]。類推可知a+i,a+i,&a[i]
指向i號元素a[i]。應該說明的是pa是變量，而a,&a[i]都是常量。在編程時應予以注意。
main(){
int a[5],i;
for(i=0;i<5;i++){
a[i]=i;
printf(“a[%d]=%dn”,i,a[i]);
}
printf(“n”);
}
主函數
定義一個整型數組和一個整型變量
循環語句
給數組賦值
打印每一個數組的值
……
輸出換行
……
數組指針變量說明的一般形式為：
類型說明符 * 指針變量名
　　其中類型說明符表示所指數組的類型。 從一般形式可以看出指向數組的指針變量和指向普通變量的指針變量的說明是相同的。
引入指針變量后，就可以用兩種方法來訪問數組元素了。
　　第一種方法為下標法，即用a[i]形式訪問數組元素。 在第四章中介紹數組時都是采用這種方法。
　　第二種方法為指針法，即采用*(pa+i)形式，用間接訪問的方法來訪問數組元素。
main(){
int a[5],i,*pa;
pa=a;
for(i=0;i<5;i++){
*pa=i;
pa++;
}
pa=a;
for(i=0;i<5;i++){
printf(“a[%d]=%dn”,i,*pa);
pa++;
}
}
主函數
定義整型數組和指針
將指針pa指向數組a
循環
將變量i的值賦給由指針pa指向的a[]的數組單元
將指針pa指向a[]的下一個單元
……
指針pa重新取得數組a的首地址
循環
用數組方式輸出數組a中的所有元素
將指針pa指向a[]的下一個單元
……
……
下面，另舉一例，該例與上例本意相同，但是實現方式不同。
main(){
int a[5],i,*pa=a;
for(i=0;i<5;){
*pa=i;
printf(“a[%d]=%dn”,i++,*pa++);
}
}
主函數
定義整型數組和指針，并使指針指向數組a
循環
將變量i的值賦給由指針pa指向的a[]的數組單元
用指針輸出數組a中的所有元素，同時指針pa指向a[]的下一個單元
……
……

數組名和數組指針變量作函數參數

　　在第五章中曾經介紹過用數組名作函數的實參和形參的問題。在學習指針變量之后就更容易理解這個問題了。 數組名就是數組的首地址，實參向形參傳送數組名實際上就是傳送數組的地址， 形參得到該地址后也指向同一數組。 這就好象同一件物品有兩個彼此不同的名稱一樣。同樣，指針變量的值也是地址， 數組指針變量的值即為數組的首地址，當然也可作為函數的參數使用。
float aver(float *pa);
main(){
float sco[5],av,*sp;
int i;
sp=sco;
printf(“ninput 5 scores:n”);
for(i=0;i<5;i++) scanf(“%f”,&sco[i]);
av=aver(sp);
printf(“average score is %5.2f”,av);
}
float aver(float *pa)
{
int i;
float av,s=0;
for(i=0;i<5;i++) s=s+*pa++;
av=s/5;
return av;
}

指向多維數組的指針變量

本小節以二維數組為例介紹多維數組的指針變量。

一、多維數組地址的表示方法
設有整型二維數組a[3][4]如下：
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 10 11
　　設數組a的首地址為1000，各下標變量的首地址及其值如圖所示。在第四章中介紹過， Ｃ語言允許把一個二維數組分解為多個一維數組來處理。因此數組a可分解為三個一維數組，即a[0]，a[1]，a[2]。每一個一維數組又含有四個元素。例如a[0]數組，含有a[0][0]，a[0][1]，a[0][2]，a[0][3]四個元素。 數組及數組元素的地址表示如下：a是二維數組名，也是二維數組0行的首地址，等于1000。a[0]是第一個一維數組的數組名和首地址，因此也為1000。*(a+0)或*a是與a[0]等效的， 它表示一維數組a[0]0 號元素的首地址。 也為1000。&a[0][0]是二維數組a的0行0列元素首地址，同樣是1000。因此，a，a[0]，*(a+0)，*a，&a[0][0]是相等的。同理，a+1是二維數組1行的首地址，等于1008。a[1]是第二個一維數組的數組名和首地址，因此也為1008。 &a[1][0]是二維數組a的1行0列元素地址，也是1008。因此a+1,a[1],*(a+1),&a[1][0]是等同的。 由此可得出：a+i，a[i]，*(a+i)，&a[i][0]是等同的。 此外，&a[i]和a[i]也是等同的。因為在二維數組中不能把&a[i]理解為元素a[i]的地址，不存在元素a[i]。

　　Ｃ語言規定，它是一種地址計算方法，表示數組a第i行首地址。由此，我們得出：a[i]，&a[i]，*(a+i)和a+i也都是等同的。另外，a[0]也
可以看成是a[0]+0是一維數組a[0]的0號元素的首地址， 而a[0]+1則是a[0]的1號元素首地址，由此可得出a[i]+j則是一維數組a[i]的j號元素首地址，它等于&a[i][j]。由a[i]=*(a+i)得a[i]+j=*(a+i)+j，由于*(a+i)+j是二維數組a的i行j列元素的首地址。該元素的值等于*(*(a+i)+j)。
[Explain]#define PF “%d,%d,%d,%d,%d,n”
main(){
static int a[3][4]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};
printf(PF,a,*a,a[0],&a[0],&a[0][0]);
printf(PF,a+1,*(a+1),a[1],&a[1],&a[1][0]);
printf(PF,a+2,*(a+2),a[2],&a[2],&a[2][0]);
printf(“%d,%dn”,a[1]+1,*(a+1)+1);
printf(“%d,%dn”,*(a[1]+1),*(*(a+1)+1));
}

二、多維數組的指針變量

　　把二維數組a 分解為一維數組a[0],a[1],a[2]之后，設p為指向二維數組的指針變量。可定義為： int (*p)[4] 它表示p是一個指針變量，它指向二維數組a 或指向第一個一維數組a[0]，其值等于a,a[0]，或&a[0][0]等。而p+i則指向一維數組a[i]。從前面的分析可得出*(p+i)+j是二維數組i行j 列的元素的地址，而*(*(p+i)+j)則是i行j列元素的值。

　　二維數組指針變量說明的一般形式為： 類型說明符 (*指針變量名)[長度] 其中“類型說明符”為所指數組的數據類型。“*”表示其后的變量是指針類型。 “長度”表示二維數組分解為多個一維數組時， 一維數組的長度，也就是二維數組的列數。應注意“(*指針變量名)”兩邊的括號不可少，如缺少括號則表示是指針數組(本章后面介紹)，意義就完全不同了。
[Explain]main(){
static int a[3][4]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};
int(*p)[4];
int i,j;
p=a;
for(i=0;i<3;i++)
for(j=0;j<4;j++) printf(“%2d “,*(*(p+i)+j));
}
‘Expain字符串指針變量的說明和使用字符串指針變量的定義說明與指向字符變量的指針變量說明是相同的。只能按對指針變量的賦值不同來區別。 對指向字符變量的指針變量應賦予該字符變量的地址。如： char c,*p=&c;表示p是一個指向字符變量c的指針變量。而： char *s=”C Language”;則表示s是一個指向字符串的指針變量。把字符串的首地址賦予s。
請看下面一例。
main(){
char *ps;
ps=”C Language”;
printf(“%s”,ps);
}
運行結果為：
C Language
上例中，首先定義ps是一個字符指針變量， 然后把字符串的首地址賦予ps(應寫出整個字符串，以便編譯系統把該串裝入連續的一塊內存單元)，并把首地址送入ps。程序中的： char *ps;ps=”C Language”;等效于： char *ps=”C Language”;輸出字符串中n個字符后的所有字符。
main(){
char *ps=”this is a book”;
int n=10;
ps=ps+n;
printf(“%sn”,ps);
}
運行結果為：
book 在程序中對ps初始化時，即把字符串首地址賦予ps，當ps= ps+10之后，ps指向字符“b”，因此輸出為”book”。
main(){
char st[20],*ps;
int i;
printf(“input a string:n”);
ps=st;
scanf(“%s”,ps);
for(i=0;ps[i]!=’