【C语言】11-指针

指针是C语言中非常重要的数据类型，如果你说C语言中除了指针，其他你都学得很好，那你干脆说没学过C语言。究竟什么是指针呢？我们先来看一个概念。

直接引用

回想一下，之前我们是如何更改某个变量的值？
我们之前是通过变量名来直接引用变量，然后进行赋值：

char a;
a = 10;

看上去是很简单，其实程序内部是怎么操作的呢？
其实，程序对变量的读写操作，实际上是对变量所在的存储空间进行写入或取出数据。就上面的代码而言，系统会自动将变量名a转换为变量的存储地址，根据地址找到变量a的存储空间，然后再将数据10以2进制的形式放入变量a的存储空间中。
通过变量名引用变量，由系统自动完成变量名和其存储地址之间的转换，称为变量的"直接引用"方式

一、什么是指针？

1.我们已经知道，"直接引用"是直接通过变量名来读写变量

2.C语言中还有一种"间接引用"的方式(以变量a为例)：首先将变量a的地址存放在另一个变量中，比如存放在变量b中，然后通过变量b来间接引用变量a，间接读写变量a的值。这就是"间接引用"。

如果程序通过"间接引用"的方式来修改a的值，可以这样做：先根据变量名b 获取变量b 的地址ffc2，取出变量b中存储的内容ffc1，也就是变量a的地址，再根据变量a的地址ffc1找到a的存储空间，然后修改里面的数据。

3.总结一句：用来存放变量地址的变量，就称为"指针变量"。在上面的情况下，变量b就是个"指针变量"，我们可以说指针变量b指向变量a。

二、指针的定义

一般形式：类名标识符 *指针变量名;

int *p;float *q;

"*"是一个说明符，用来说明这个变量是个指针变量，是不能省略的，但它不属于变量名的一部分
前面的类型标识符表示指针变量所指向的变量的类型，而且只能指向这种类型的变量

三、指针的初始化

1.先定义后初始化

// 定义int类型的变量a
int a = 10;// 定义一个指针变量p
int *p;// 将变量a的地址赋值给指针变量p，所以指针变量p指向变量a
p = &a;

注意第8行，赋值给p的是变量a的地址&a

2.在定义的同时初始化

// 定义int类型的变量a
int a = 10;// 定义一个指针变量p
// 并将变量a的地址赋值给指针变量p，所以指针变量p指向变量a
int *p = &a;

3.初始化的注意

指针变量是用来存放变量地址的，不要给它随意赋值一个常数。下面的写法是错误的

int *p;
p = 200; // 这是错误的

四、指针运算符

1.给指针指向的变量赋值

char a = 10;
printf("修改前，a的值：%d\n", a);// 指针变量p指向变量a
char *p = &a;// 通过指针变量p间接修改变量a的值
*p = 9;printf("修改后，a的值：%d", a);

当程序刚执行完第5行代码时，内存中大概的分布情况是这样的
，a值是10，p值就是变量a的地址ffc3。
注意下第5、第8行，都有个"*"，它们的含义是不一样的：

(1) 第5行的"*"只是用来说明p是个指针变量

(2) 第8行的""是一个指针运算符，这里的p代表根据p值ffc3这个地址访问对应的存储空间，也就是变量a的存储空间，然后将右边的数值9写入到这个存储空间，相当于 a = 9;，于是内存中就变成这样了

输出结果为：可以发现，我们通过变量p间接修改了变量a的值。

2.取出指针所指向变量的值

指针运算符除了可以赋值之外，还可以用于取值

char a = 10;char *p;
p = &a;char value = *p;
printf("取出a的值：%d", value);

输出结果：，第6行中的*p的意思是：根据p值(即变量a的地址)访问对应的存储空间，并取出存储的内容(即取出变量a的值)，赋值给value

3.使用注意

在指针变量没有指向确定地址之前，不要对它所指的内容赋值。下面的写法是错误的

int *p;
*p = 10; //这是错误的

应该在指针变量指向一个确定的变量后再进行赋值。下面的写法才是正确的

// 定义2个int型变量
int a = 6, b;// 定义一个指向变量b的指针变量p
int *p;
p = &b;// 将a的值赋值给变量b
*p = a;

五、指针的用途举例

1.例子1
前面我们通过指针变量p间接访问了变量a，在有些人看来，觉得指针变量好傻B，直接用变量名a访问变量a不就好了么，干嘛搞这么麻烦。别着急，接下来举个例子，让大家看看指针还能做什么事情。

现在有个要求：写一个函数swap，接收2个整型参数，功能是互换两个实参的值。

1> 如果没学过指针，你可能会这样写

void swap(char v1, char v2) {printf("更换前：v1=%d, v2=%d\n", v1, v2);// 定义一个中间变量char temp;// 交换v1和v2的值temp = v1;v1 = v2;v2 = temp;printf("更换后：v1=%d, v2=%d\n", v1, v2);
}int main()
{char a = 10, b = 9;printf("更换前：a=%d, b=%d\n", a, b);swap(a, b);printf("更换后：a=%d, b=%d", a, b);return 0;
}

输出结果：，虽然v1和v2的值被交换了，但是变量a和b的值根本就没有换过来。因为基本数据类型作为函数实参时，只是纯粹地将值传递给形参，形参的改变并不影响实参。

我们可以简要分析一下这个过程：

在第20行中，将变量a、b的值分别传递给了swap函数的两个形参v1、v2
在第8行中，将v1的值赋值给了temp
在第9行中，将v2的值赋值给了v1
在第10行中，将temp的值赋值给了v2

就这样，v1和v2的值被交换了，但是a和b的值一直都没有改变

2> 如果学了指针，就应该这样写

void swap(char *v1, char *v2) {// 中间变量char temp;// 取出v1指向的变量的值temp = *v1;// 取出v2指向的变量的值，然后赋值给v1指向的变量*v1 = *v2;// 赋值给v2指向的变量*v2 = temp;
}int main()
{char a = 10, b = 9;printf("更换前：a=%d, b=%d\n", a, b);swap(&a, &b);printf("更换后：a=%d, b=%d", a, b);return 0;
}

先看看输出结果：，变量a和b的值终于换过来了。

解释一下：

(在16位编译器环境下，一个指针变量占用2个字节)

先注意第20行，传递是变量的地址。因此swap函数的形参v1指向了变量a，v2指向了变量b
第6行代码是取出v1指向的变量的值，也就是变量a的值：10，然后赋值给变量temp
第9行代码是取出v2指向的变量(变量b)的值，然后赋值给v1指向的变量(变量a)
第12行代码是将temp变量的值赋值给v2指向的变量(变量b)

相信你已经感受到指针的强大了，如果没有指针，在一个函数的内部根本改变不了外部的实参。

2.例子2
接下来再举一个指针的实用例子。默认情况下，一个函数只能有一个返回值，有了指针，我们可以实现函数有"多返回值"。

现在有个要求：写一个函数sumAndMinus，可以同时计算2个整型的和与差，函数执行完毕后，返回和与差(注意了，这里要返回2个值)

// 计算2个整型的和与差
int sumAndMinus(int v1, int v2, int *minus) {// 计算差，并赋值给指针指向的变量*minus = v1 - v2;// 计算和，并返回和return v1 + v2;
}int main()
{// 定义2个int型变量int a = 6, b = 2;// 定义2个变量来分别接收和与差int sum, minus;// 调用函数sum = sumAndMinus(a, b, &minus);// 打印和printf("%d+%d=%d\n", a, b, sum);// 打印差printf("%d-%d=%d\n", a, b, minus);return 0;
}

六、关于指针的疑问
刚学完指针，都可能有一大堆的疑惑，这里我列出几个常见的疑惑吧。

1.一个指针变量占用多少个字节的内存空间？占用的空间是否会跟随所指向变量的类型而改变？
在同一种编译器环境下，一个指针变量所占用的内存空间是固定的。比如，在16位编译器环境下，任何一个指针变量都只占用2个字节，并不会随所指向变量的类型而改变。

2.既然每个指针变量所占用的内存空间是一样的，而且存储的都是地址，为何指针变量还要分类型？而且只能指向一种类型的变量？比如指向int类型的指针、指向char类型的指针。
其实，我觉得这个问题跟"数组为什么要分类型"是一样的。

看下面的代码，利用指针p读取变量c的值

int i = 2;
char c = 1;// 定义一个指向char类型的指针
char *p = &c;// 取出
printf("%d", *p);

这个输出结果应该难不倒大家：，是可以成功读取的。

如果我改一下第5行的代码，用一个本应该指向int类型变量的指针p，指向char类型的变量c

int *p = &c;

我们再来看一下输出：，c的原值是1，现在取出来却是513，怎么回事呢？这个要根据内存来分析

根据变量的定义顺序，这些变量在内存中大致如下图排布：

其中，指针变量p和int类型变量i各占2个字节，char类型的c占一个字节，p指向c，因此p值就是c的地址

1> 最初的时候，我们用char p指向变量c。当利用p来获取变量c的值时，由于指针p知道变量c是char类型的，所以会从ffc3这个地址开始读取1个字节的数据：0000 0001，转为10进制就是1

2> 后来，我们用int p指向变量c。当利用p获取变量c的值时，由于指针p认为变量c是int类型的，所以会从ffc3这个地址开始读取2个字节的数据：0000 0010 0000 0001，转为10进制就是513

可见，给指针分类是多么重要的一件事，而且一种指针最好只指向一种类型的变量，那是最安全的。
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