程序員之程序設計知識點五
5.1 指針和指針變量
指針是程序設計語言的一個重要概念。指針在C程序中有以下多方面的作用：
（1）利用指針能間接引用它所指的對象。
（2）利用各種類型的指針形式參數，能使函數增加描述能力。
（3）指針與數組結合，使引用數組元素的形式更加多樣、訪問數組元素的手段更加靈活。
（4）指針能用來描述數據和數據之間的關系，以便構造復雜的數據結構。當一個數據A要關聯另一個數據B時，在數據A中增加一個指向數據B的指針就可實現數據A關聯數據B。結合系統提供的動態分配存儲設施，又能構造出各種動態數據結構。
1．指針的基本概念
為了區別內存的不同位置，內存被分成字節，內存的全部字節順序地賦予一個稱為地址的編號。程序中的變量將在內存中占據一定的內存字節，在這些字節中存儲的數據信息稱為變量的內容。一個變量占用連續的若干個內存字節時，最前面的一個字節的地址就作為該變量的地址。指針就是內存地址，是變量的地址，或函數的入口地址。變量的地址在程序執行時，起著非常重要的作用。當計算機在計算含有變量的表達式時，計算機按變量的地址取出其內容，并按變量的地址將計算結果存入到變量占據的內存中。如代碼：
int x＝l；
x＝x＋2；
其中語句“x＝x＋2；”中的***個x涉及到變量x占據的內存，第二個 x是引用變量 x的內容。該語句的意義是“取X的內容，完成加上2的計算，并將計算結果存入變量X占據的內存中。”
2．指針變量和它所指向的變量
在C語言中，地址也作為一種值，能被存儲、比較、賦值，并稱地址數據為指針類型，而稱存儲地址值的變量為指針變量，簡稱指針。C程序可用運算符＆取變量的地址，如表達式＆x的值就是變量X的地址。程序除能按名引用變量外，也可利用變量的地址引用變量。按變量名引用變量稱為直接引用，而將變量A的地址存于另一變量B中，借助于變量B引用變量A稱為對A的間接引用。
3．指針變安的定義、初始化和引用
指針變量用于存放某個變量的地址。定義指針變量的一般形式為：
類型 * 指針變量名；
或
類型 * 指針變量名=初值表達式；
其中，指針變量名是標識符，指針變量名之前的符號“*”，表示該變量是指針類型的。而最前面的“類型”，表示該指針變量能指向變量或函數的類型。初值表達式是一個地址表達式，如表達式中有某變量的地址表達式，則這個變量應是前面已定義的。
在C語言中，當定義局部指針變量時，如未給它指定初值，則其值是不確定的。程序在使用它們時，應首先給它們賦值。誤用其值不確定的指針變量間接引用其它變量，會引起意想不到的錯誤。為明確表示指針變量不指向任何變量，在C語言中用0值表示這種情況，記為NULL。如
ip＝ NULL;
也稱指針值為0的指針變量為空指針。對于靜態的指針變量，如在定義時未給它指定初值，系統自動給它指定初值0。
指針變量取程序對象的（開始）地址值，不能將一個整型量或任何其它非地址值賦給一個指針變量。另外，指針變量對所指向的對象也有類型限制，不能將一個不能指向的對象的地址賦給指針變量。如有以下定義：
int i＝100，j，*ip，*intpt；
float f,*fp；
以下代碼如注釋所敘。
iP＝&i；/*使ip指向i*/
intpt＝ip；/*使intpt指向ip所指變量*/
fp= &f；/*使fp指向正*/
ip＝NULL；/*使 ip不再指向任何變量*/
5.2 指針變量的應用
1．指向變目的指針變量
當指針變量指向某個對象（它的值不是NULL）時，可以用
* 指針變量
引用指針變量所指向的對象。如語句：
ip＝&i；
j=* ip；
實現將指針變量ip所指變量的內容（即變量i的內容）賦給變量j。其中，賦位號右邊的*ip 表示引用中所指變量的內容。上述賦值等價于：
j=1；
語句
*ip=200；
實現向指針變量ip所指變量（即變量i）賦值200。其中，賦值號左邊的。ip表示引用ip所指變量。上述賦值等價于
i＝200；
一般地，記號“* 指針變量名”與指針變量所指變量的“變量名”等價。要特別注意：指針變量之間的賦值，指針變量所指向的變量之間的賦值，這兩種賦值在表示方法上的區別。如語句
intpt=ip；
使兩個指針變量intpt與ip指向同一個對象，或都不指向任何對象（如果ip的值為NULL）。而語句
* intpt=*ip；
實現將ip所指變量的值賦給intpt所指的變量。這里要求中與intpt的值都不可以是NULL。通過指針變量引用它所指的變量，實際引用哪一個變量，取決于指針變量的值。改變指針變量的值，就是改變了它的指向。指針變量最主要的應用有兩個方面：一是讓指針變量指向數組的元素，以便逐一改變指針變量的指向，遍歷數組的全部元素；二是讓函數設置指針形式參數，讓函數體中的代碼通過指針形式參數引用調用環境中的變量或函數。
為正確使用指針變量和它所指向的對象，特指出以下幾點注意事項：
（1）指針變量定義與引用指針變量所指對象采用相似的標記形式（* 指針變量名），但它們的作用與意義是完全不同的。在指針變量定義中（如int *ip；），指針變量名之前的符號“*”說明其隨后的標識符是指針變量名。如果指針變量定義時帶有初始化表達式，如
int i， * ip＝&i；
初始化表達式的地址是賦給指針變量本身，而不是指針變量所指對象（實際上，在初始化之前，指針變量還未指向任何對象）。
（2）通過指向變量i的指針變量ip引用變量三與直接按其名i引用變量i ，效果是相同的，凡直接按名可引用處，也可以用指向它的某個指針變量間接引用它。如有
int i， *ip＝&i；
則凡變量i能使用的地方，*ip一樣能用。
（3）因單目運算符* 、&、++和--是從右向左結合的。要注意分清運算對象是指針變量、還是指針變量所指對象。如有
int i，j，*ip＝&i；
語句
j＝++*ip；
是指 ip所指向的變量（變量i）的內容加1，加1后的值賦給變量j。也就是說，++*ip相當于++(*ip)。而語句j＝*ip++；相當于語句j=*ip; ip++；這是因為先求值的是表達式 ip++，它的求值規則是，表達式的值為原來ip的位，然后ip的內容增加了 1個單位。所以。 ip++的表達式值與*ip相同，并在*ip++求出表達式值的同時，指針變量ip增加了1個單位。這樣，ip不再指向變量i，這種情況常用在指針指向數組元素的情況，在引用數組某元素之后，自動指向數組的下一個元素。而語句j=(*ip)++；則是先引用ip所指向的對象，取ip所指向的對象的內容賦給j，并讓中所指向的對象的內容增加1個單位。
2．指向一維數組元素的指針變量
指針變量也能指向數組的元素。設有以下變量定義：
int a[100]，*p；
賦值運算p＝&a[0]使p指向a[0]。表示&a[0]還有更簡潔的方法，即數組名a。按約定，一維數組名表達式的值為數組存儲區域的開始地址，即數組首元素的指針。對指向數組元素的指針允許作有限的運算。設有代碼：
int *p,*q，a[100] ；
p=&a[10] ； q＝&a[50] ；
（1）指向數組元素的指針可與整數進行加減運算。利用數組元素在內存中順序連續存放的規定，和地址運算規則，有表達式 a＋1為 a[1] 的地址，a＋2為 a[2]的地址。一般地，表達式a＋i為a[i]的地址。把這個結論應用于指向數組元素的指針，同樣地成立。若p的值為a[0]的地址，則表達式p＋i的值為a[i]的地址。或者說，p＋i的值為指向a[i]的指針值。若p指向數組元素 a[10]，則 p＋n就表示指向數組元素 a[10＋n]，這里n是任意的整數表達式。
一般地，當指針變量指向數組a的元素時，不論數組元素的類型是什么，指針和整數n進行加減運算時，總是根據所指元素的數據存儲字節長度 sizeof a[0] ，對n放大，保證加減n，使指針植向前或向后移動n個元素位置。
（2）當兩個指針指向同一個數組的元素時，允許兩個指針作減法運算。其絕對值等于兩指針所指數組元素之間相差的元素個數。如表達式&a[4O]-&a[0]的值為40。
（3）當兩個指針指向同一個數組的元素時，這兩個指針可以作關系比較(<，<=, ==，>，>=，!=)。若兩指針p和q指向同一個數組的元素，則p==q為真表示p，q指向數組的同一個元素；若p 利用運算符*可引用指針所指對象，*(a＋i)表示引用a＋i所指向的數組元素a[i] 。這樣。(a＋i)就是 a[i]。對于指向數組元素的指針變量p，若p指向a[10]，*(p＋i)表示引用p＋i所指向的數組元素 a[10＋i]。 與用數組名和下橋引用數組元素的標記法相一致，指向數組元素的指針變量也可帶下標引用數組的元素，即*(p＋i)也可寫成p[i] 。但若p＝&a[10]，則p[i]引用的是a[10＋i]，p[2]引用的是a[8]。 綜上所述，引用數組元素有以下多種形式： （1）用數組元素的下標引用數組元素，如 a[5]。 （2）利用數組名表達式的值是數組首元素指針的約定，可利用指針表達式間接引用數組元素，如*(a＋i) 。 （3）利用指向數組元素的指針變量，用它構成指向數組元素的指針表達式，并用該表達式引用數組元素。如*(p＋i)或p[i]。 這里要強調指出用數組名a表達數組元素指針與用指向數組元素的指針p來表達數組元素的指針，在實際應用上的區別：p是變量，其值可改變，如p++；而數組名a只代表數組a的首元素的指針，它是不可改變的，程序只能把它作為常量使用。 3．指向字符串的指針變目 通常所說的字符串指針就是指向字符率某字符的字符指針。因字符率存儲于字符數組中，所以字符串指針也就是指向數組元素的指針。 為程序中引入的字符串常量提供存儲空間有兩種方法。一是把字符率常量存放在一個字符數組中。例如： char s[]＝“I am a string．”； 數組s共有15個元素，其中 s[14] 為‘\0' 字符。對于這種情況，編譯程序根據字符串常量所需的字節數為字符數組分配存儲，并把字符串復寫到數組中，即對數組初始化。另一種方法是由編譯系統將字符串常量與程序中出現的其它常量一起存放在常量存儲區中。程序為了能訪問存于常量存儲區中的字符串常量，可用一個字符指針指向它的***個字符。當字符串常量出現在表達式中時，系統將字符率常量放入常量存儲區，而把表達式轉換成字符指針，指向該字符串常量的***個字符。因此，可在定義字符指針變量時給它初始化指向某字符串常量，或用字符申常量給字符指針變量賦值，這兩種方法都使字符指針指向字符串常量的***個字符。例如： char *cp1，*cp2=“I am a string”；/*定義字符指針變量，并賦初值*/ cp1＝“Another string”;/* 先定義字符指針變量，然后按需要賦初值*/ 上述代碼使字符指針變量cp2指向字符率常量“I am a string”的***個字符I，使cpl指向字符串常量“Another string”的***個字符 A。 4．指向二維數組中的某個一維數組的指針變量 如有一個二維數組，且指針變量所指的是二維數組中的一整行，則指針變量另有一些很有意義的性質。設有二維數組為 int a[3][4]={{1，2，3，4},{5，6，7，8 }，{ 9,10,11,12 }}； 這里，數組a有3行4列。按行來看數組a，數組a有三個元素，分別為a[0],a[1],a[2]。它們又分別是一個一維數組，各有4個元素。例如，a[0]所代表的一維數組為 a[0][0] 、a[0][l] 、a[0]p[2], a[0][3]。 一維數組名表達式的值是數組首元素（下標為0）的地址，二維數組名a表達式是a的首行a[0]的地址。一般地，a＋i可以看作二維數組a的第i＋1行的首地址。 因二維數組a能用a[0].a[1]、a[2] 分別表示它的各行，所以a[0]能表示用a[0]標記的 a的***行的首元素 a[0][0] 的地址；a[1] 能表示用 a[l] 標記的 a的第二行的首元素 a[l][0] 的地址。一般地，a[i]能表示用 a[i]標記的a的第i+1行的首元素a[i][0]的地址。由于數組的開始地址與數組首元素的地址相同，這樣，a＋i與a[i]應有相同的值，但它們的意義不同，a＋i表示用a[i]標記的a的第i＋1行的首地址，a[i]表示用a[i]標記的a的第i＋l行的首元素a[i][0]的地址。另外，因a[i]可寫成*(a＋i)，所以a＋i與*(a＋i)也有不同意義，而值相等。a[i]或*(a+i) 表示二維數組a的元素a[i][0]的地址，即&a[i][0]。根據地址運算規則，a[i]＋j即代表數組a的元素a[i][j]的地址，即&a[i][j]。因a[i]與*(a＋i)等價，所以*(a＋i) +j也與&a[i][j]等價。 由二維數組元素a[i][j]的地址有多種表示形式，數組元素a[i][j]也有以下三種等價表示形式：*(a[i]＋j)、*(*(a＋i)＋j)、(*(a＋i))[i]。特別是對于a[0][0]，它的等價表示形式有*a[0]和**a。數組元素a[i][j]的地址也有三種等價的表示形式：a[i]＋j、*(a＋i)＋j、&a[i][j]。 也可以定義指向二維數組中某行由若干個元素所組成的一維數組的指針變量。如代碼 int (*p)[4]； 定義指針變量p能指向一個由四個int型元素組成的數組。指針變量p不同于前面介紹的指向整型變量的指針。在那里，指向整型變量的指針變量指向整型數組的某個元素時，指針增減1運算，表示指針指向數組的下一個或前一個元素。在這里，p是一個指向由四個整型元素組成的數組，對p作增減1運算，就表示向前進或向后退四個整型元素。用例子說明指向由若干個元素所組成的數組指針的用法，如有變量定義 int a[3][4]，(*p)[4]； 則賦值p＝a＋l，使p指向二維數組a的第二行，表達式p＋l的值為指向二維數組a的第三行。同二維數組元素的地址計算規則相對應，若 P＝a+1，則*p+j指向a[l][j]；*(p+i) +j，或者p[i]則指向數組a的元素a[i+l][j]。二維數組名和指向數組的指針與數組元素位置之間的關系。 5.3 指針數組和多級指針 1．指針數組 當數組元素類型為某種指針類型時，該數組就是指針數組。指針數組的定義形式為 類型說明符 *數組名[常量表達式] ； 例如： int *p[10] ； 定義指針數組p的每個元素都是能指向int型數據的指針變量，p有10個元素，它們是p[0] 、p[l]、…、p[9]。和一般的數組定義一樣，數組名p也可作為p[0]的地址。 在指針數組的定義形式中，由于“[ ]”比“*”的優先級高，使數組名先與“[]”結合，形成數組的定義，然后再與數組名之前的“*”結合，表示此數組的元素是指針類型的。注意，在“*”與數組名之外不能加上圓括號，否則變成指向數組的指針變量。 引人指針數組的主要目的是便于統一管理同類的指針。如利用指針數組能實現對一組獨立的變量以數組的形式對它們作統一處理。如有以下定義： in a，b，c，d，e，f; int *apt[]={&a，&b，&c，&d，&e，&f}； 下面的循環語句能順序訪問獨立的變量a、b 、c、d、e、f； for( k＝0； k<6；k++) printf(“%d\t”，*apt[k])；/*其中*apt[k]可寫成**(apt+k)*/ 當指針數組的元素分別指向二維數組各行首元素時，也可用指針數組引用二維數組的元素。以下代碼說明指針數組引用二維數組元素的方法。設有以下代碼： int a[10][20] ，i； int *b[10]； for(1＝0；i<10；i++)/*b[i]指向數組元素a[i][0]*/ b[i]＝&a[i][0] ； 則表達式a[i][j]與表達式b[i][j]引用同一個元素，即從指針數組方向來看，因b[i]指向元素a[i][0]，*(b[i]+j)或 b[i][j]引用元素a[i][j]。 另外，當指針數組的元素指向不同的一維數組的元素時，也可通過指針數組，如同二維數組那樣引用各一維數組的元素。如以下代碼所示： char w0[ ]＝“Sunday”，w1[ ]=“Monday”,w2[ ]=“Tuesday”， w3[ ]＝“Wednesday”， w4[ ]＝“Thursday”， w5[ ]＝“Friday”， w6[ ]＝“saturday”; char *wName[ ]={w0，wl，w2，w3，w4,w5，w6 }； 則語句for(i＝0；i<=6；i++) printf(“%s\n”， wName[i])； 輸出星期的英文名稱。代碼wName[2][4]引用字符w2[4]，其值為'd’。 以下例子把一維數組分割成不等長的段，通過指針數組，把一維數組當作二維數組來處理。 # include # define N 8 int p[N*(N＋l)/2]，i，j，*pt[N] ； void main() { for(pt[0]＝p， i＝l；i pt[i]＝pt[i-1]＋i； for(i＝0； i pt[i][0]＝pt[i][i]＝l； for(j＝l；j pt[i][j]＝pt[i-1][j-1]＋pt[i-1][j]； } for(i＝0；i< N； i++) { printf(“%*c”，40-2*i，‘')； for(j＝0； j<＝i ；j++) printf(“%4d”， pt[i][j]) ； printf(“\n”)； } } 程序產生如下形式的二項式系數三角形： 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 1O 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 2．多級指針 當指針變量pp所指的變量ip又是一種指針時，呷就是一種指向指針的指針，稱指針變量如是一種多級指針。定義指向指針變量的指針變量的一般形式為 數據類型 * *指針變量名； 例如： int * *pp，*ip ，i ； ip＝&i； pp＝&ip； 定義說明pp是指向指針的指針變量；它能指向的是這樣一種指針對象，該指針對象是能指向int型的指針變量。如上述代碼讓pp指向指針變量ip，中指向整型變量i。 多級指針與指針數組有密切的關系。若有指針數組： char * lines[ ]＝ {“ADA”，“ALGOL”,“C”，“C++”，“FORTRAN”，“PASCAL” }； 則lines指針數組的每個元素分別指向以上字符串常量的首字符。在這里數組名lines可以作為它的首元素lines[0]的指針，lines＋k是元素 lines[k]的指針，由于lines[k] 本身也是指針，所以表達式 lines＋k的值是一種指針的指針。如有必要還可引入指針變量cp，讓它指向數組lines的某元素，如cp＝&lines[k]。這樣，cp就是指向指針型數據的指針變量。在這里，cp是指向字符指針的指針變量，它應被定義成： char * *cp； 為了定義這樣的 cp，它的前面有兩個*號。由于*自右向左結合，首先是“* cp”表示 cp是指針變量，再有**cp表示cp能指向的是某種指針類型，最后“char * *cp”表示指針變量cp能指向字符指針數據對象。如果有賦值cp＝& lines[l]，讓它指向數組元素lines[1]，則* cp引用 lines[1]，是一個指針，指向字符串“ALGOL”的首字符。* *cp引用lines[1][0]，其值是字符'A’。下面的代碼實現順序輸出指針數組lines各元素所指字符串： for(c＝lines；cp Printf(“%s\n”，*cp)； 設有數組a[]和指針數組pt[]有以下代碼所示的關系： int a[]＝ {2，4，6，8，10 }； int *pt[]={&a[3],&a[2]，a[4],&a[0],&[1]}； int * *p； 下面的代碼利用指針數組pt[]和指針的指針p，遍歷數組a[]： for( p＝pt； paprintf(“%d\t”，* *p)； 【編輯推薦】
