C语言的精髓——指针详解

2017-6-5 16:58

C语言的精髓——指针详解
朱有鹏
1.2、指针变量的类型作用
对于普通变量的来说，其类型的作用主要有这么几个方面:
（1）程序员写代码时识别用：不涉及强制转换时，知道该变量中应该存放什么类型的数值。
（2）空间大小的说明：比如int为4个字节空间
（3）存储结构说明：float和int虽然空间大小都是4字节，但是其存储结构完全不同
对于指针变量来说，其类型的作用与上面基本一致，只是其类型是由普通类型+*构成，*个数表明了指针变量的级数，指针变量用来存放地址。当不涉及强制转换时，其对应关系为：
某类型一级指针变量 = 该类型一级地址
某类型二级指针变量 = &（该类型一级指针变量）
n+1级指针变量 = &（n级指针变量）
所有普通变量的地址都是一级地址，所有一级指针变量的地址都是二级地址，类推n级指针变量的地址就是n+1级地址，但是我们这里必须强调一下，使用指针的目的就是为了更加方便的访问空间，但是如果级数超过3级以上，实际上不但降低了程序的可读性，也会降低对空间的访问速度，所以过高级数的指针变量没有太大的意义。
Int *p = &a；
p中只存放了a首字节地址，但是int说明了*p希望访问的空间有4个字节，所以从p所指a的第一个字节向后数3个字节空间，一共4个字节空间才是*p的实际希望访问到的完整空间。

1.3、为什么需要指针
不管多么高大上的程序，最终都是运行在硬件上的，所有对于硬件的设置和访问，全部都是通过对内存操作实现的，广义上的内存可以包括，寄存器、缓存、常说的内存等，这些内存空间都是由一个个的字节构成的，每个字节都有地址，对于这些空间的访问，大多都是通过地址实现的。
如果就站在c自身的角度，也可以看到指针的好处，举个例子的话，比如fun1函数有一个自动局部变量a，他的作用域被局限在了fun1函数内部，fun2函数是无法访问的，如果fun2想要访问fun1中a的话，我们可以将a的地址传递给fun2函数，当然前提是fun1的a没有被自动释放。
对于c语言有了解的都知道，函数也是有作用域的，跨文件的作用域又称为链接域，为了防止本文件的函数（比如名叫fun的函数）不被其它文件的同名函数干扰，同时也希望不去干扰别人，我们往往会在fun函数的前面加一个static标志，将其作用域固定为本文件，其它文件通过fun函数名是无法访问的。但是如果其它文件的function函数，又确实希望访问这个函数时，怎么办呢？我们只需要将fun函数的地址传递给function函数，就可以跨文件访问fun函数，并且不会受到static的影响。
所以在c语言中，地址还是扩大变量或者函数作用范围的有效手段，当然指针好处很多，这里不再赘述。

1.4、高级语言如java、c#的指针到哪里去了
C++就不说了，里面保留了指针的使用，初学java，c#等高级语言的同学，都会因为里面没有指针而困惑，甚至在想，难道这些高级语言就不需要访问内存空间了吗？凡是有过java异常处理的同学，都会发现java中有一种空指针异常，大多是因为我们使用了没有实例化的对象名导致的，因为没有实例化就没有分配内存空间。
既然有空指针异常，就证明java是使用了指针的，只是全部都由类的底层封装好了，不需要我们关心，目的就是为了省去指针这一难点，使得java简单实用，但是由于不能直接操作指针，面对频繁使用指针的底层开发而言，java和c#多少会显得有心无力。

1.5、指针使用值三部曲
（1）定义（声明）
例： int *p=NULL; //初始化一下，防止野指针

（2）关联
例： int a= 10；
p = &a；//a空间的首地址给了p，所以p里面的地址常量指向了a空间，因此简称p->a空间

（3）引用
（a）读空间：读值操作，前提是里面存有数据才行
例：int b = *p；//等价于 b = a；
（b）写空间：向空间写入新的值
例： int *p = 30；//等价于a = 30；

2、指针涉及到的一些符号的理解
2.1、*的理解
在c语言中，*的用途有两个，一个是用于表示乘号，第二个与指针有关，虽然这两种用途用都会用到*，但这两者没有任何关系。*在指针中的用途主要有两个方面，第一种是用在指针定义的时候，与前面的类型结合，用于表示被定义指针变量的类型，*个数表明了定义的指针变量的级数，例如：
int *p；int* p;
*靠前靠后都没关系，这时的*与p是两个不同的东西，星号表明p是一个一级指针变量，用于存放一个一级地址。但是需要注意下面的情况：
int *p1，*p2；//p1和p2都是int型的一级指针变量。
int *p1，p2；//p1是int型的一级指针变量，p2只是一个普通的int型变量。

第二种就是解引用，解引用时，*p表示的就是p所指向的空间，这时的*也称为取空间操作，找到p所指向的空间，必须强调的是，这时的*p是一个整体，不能割裂来看，比如：
int *p = &a；
*p = 10；//等价于a=10；但是写成* p = 10；就不对了
*作为解引用时（也就是取空间操作时），得到p所指向的空间后，我们的用途有两种，一个是读空间内容，还有就是向空间写入新的内容。

2.2、取地址符&的理解
取地址符使用时，直接写在变量名称的前面，然后&和变量一起构成了一个新的符号，表示变量空间的首地址，准确讲是变量的首字节地址。比如int a；int *p = &a；这里必须注意，&a是一个完整的不可分割的整体，之所以用这种方式来表示空间的地址，是因为我们没有办法直接得到变量a的地址，只能是使用&a来表示，当编译时会将&a变成a空间的地址赋值给p；

2.3、指针变量的初始化和指针变量赋值之间的区别
首先必须强调，指针变量的初始化与普通变量的初始化没有任何区别，只是指针变量里面的存放的是一个特殊的值“地址”，这个值具有指向作用，可以用来访问它所指向的空间，如果你刨去它地址的含义，实际上变量中存放的不过就是一个普通值。
（1）指针变量的初始化
Int a=10；
Int *p=&a；
此时的*，只是说明p是一个一级指针变量，不能把这时的*当成了解引用。
（2）指针变量的赋值
Int a=10；
Int *p=NULL；
p=&a；//将a空间地址的赋值给p
不少同学可能一直觉得p=&a，应该写成*p=&a；这是错误的理解，这时的*是取空间操作，如果写成*p=&a，就表示将a的空间地址存放到p所指向的空间，p所指向的空间其实就是a，*p=&a的等价写法就是a=&a；相当于把地址给了a自己，显然是不对的。

（3）初始化和赋值注意点
从形式上看，我们已经知道了初始化和赋值的区别，同时要知道初始化只能有一次，但是赋值可以有多次。

2.4、左值与右值
（1）什么是左值和右值
比如：int a=10；等式的左边称为左值，右边称为右值。
（2）左值
在c语言中，左值指的都是变量空间。对左值执行的操作都是写空间操作。
（3）右值
在c中，右值有两种形态，一种是直接写一个数值，比如int a=10；就是典型的这种情况。那么另外的一种情况就是，右值可能也是一个变量，比如int b=10； int a=b；这个时候右值就是一个变量。当变量作为左值是，对变量实现的是写操作，如果变量作为右值时，对变量实现的是读操作，读出后赋给右值，这一点要了解。

2.5、定义指针后，需要会关心的一些内容
（1）例子1
Int a =10；
Int *p=&a；

合理我们必须了解与指针变量p相关的一些内容。
p：表示int*型的一级指针变量空间，里面存放的是变量a的地址。
*p：表示p所指向的空间，指的就是a的空间，只不过是通过地址找到的。
&p：表示指针变量p自己的空间地址，它需要是int **的二级指针变量来存放。

思考一下，**p=20可不可以？
回答：不可以，**p改写成等价形式*（*p），里面的*p等价于a，最后变成了*a，由于a的值等于10，*a就是*10，引用地址10所指向的空间，显然10这个地址指向的空间是不存在的，所以错误。

（2）例子2：
Int a =10；
Int *p=&a；
Int **p1=&p；

对于指针变量p，需要关心p、*p、&p，但是在上例中已经描述过了，不再赘述。
对于指针变量p1来说，需要如下几个方面的问题：
p1：一个int **型的二级指针变量空间，用于存放一个二级地址，恰好*p的地址就是二级地址。
*p1：引用取空间操作，找到p1所指向的空间，指的就是p的空间。
**p1：将其中的*p1替换成为p，**p1就变成了*p，指的就是a的空间。
&p1：指的是二级指针变量p1的空间地址，是一个三级地址。

只要大家理解前面的例子1和例子2，对于三级指针的情况，道理是类似的，但是我们前面就说过，构建三级以上的指针实际上没有太大的意义，除了某些极少数的情况外，并不会为我们的程序带来多少好处。

思考一下：***p1可不可以？
答：不可以，根据取空间操作，***p1最终变成了*10，显然也是错误的。

（3）多级指针链断线的问题
Int a =10；
Int *p；
Int **p1=&p；
Int b=**p1；
**p1，原是想通过**p1访问到a的空间，将a空间的内容赋给b，但是这里是不对的，因为中间的指针变量p并没有指向a，指针链断线了，所以我们在使用多级指针的时候，必须注意构建的指针链是否完整。当然这里因为是直接写的比较好理解，如果多级指针链是通过传参的方式来构建的话，很容易出现断链的情况，造成的影响就是，要么访问到是空指针，要么访问到了不该访问的地方，导致严重错误。