C语言教程第六章:指针(1)

指针简介

　　指针是Ｃ语言中广泛使用的一种数据类型。运用指针编程是Ｃ语言最主要的风格之一。利用指针变量可以表示各种数据结构；能很方便地使用数组和字符串；并能象汇编语言一样处理内存地址，从而编出精练而高效的程序。指针极大地丰富了Ｃ语言的功能。学习指针是学习Ｃ语言中最重要的一环，能否正确理解和使用指针是我们是否掌握Ｃ语言的一个标志。同时，指针也是Ｃ语言中最为困难的一部分，在学习中除了要正确理解基本概念，还必须要多编程，上机调试。只要作到这些，指针也是不难掌握的。

　　指针的基本概念在计算机中，所有的数据都是存放在存储器中的。一般把存储器中的一个字节称为一个内存单元，不同的数据类型所占用的内存单元数不等，如整型量占2个单元，字符量占1个单元等，在第二章中已有详细的介绍。为了正确地访问这些内存单元，必须为每个内存单元编上号。根据一个内存单元的编号即可准确地找到该内存单元。内存单元的编号也叫做地址。既然根据内存单元的编号或地址就可以找到所需的内存单元，所以通常也把这个地址称为指针。内存单元的指针和内存单元的内容是两个不同的概念。可以用一个通俗的例子来说明它们之间的关系。我们到银行去存取款时，银行工作人员将根据我们的帐号去找我们的存款单，找到之后在存单上写入存款、取款的金额。在这里，帐号就是存单的指针，存款数是存单的内容。对于一个内存单元来说，单元的地址即为指针，其中存放的数据才是该单元的内容。在Ｃ语言中，允许用一个变量来存放指针，这种变量称为指针变量。因此，一个指针变量的值就是某个内存单元的地址或称为某内存单元的指针。图中，设有字符变量C，其内容为“K”(ASCII码为十进制数 75)，C占用了011A号单元(地址用十六进数表示)。设有指针变量P，内容为011A，这种情况我们称为P指向变量C，或说P是指向变量C的指针。严格地说，一个指针是一个地址，是一个常量。而一个指针变量却可以被赋予不同的指针值，是变。但在常把指针变量简称为指针。为了避免混淆，我们中约定：“指针”是指地址，是常量，“指针变量”是指取值为地址的变量。定义指针的目的是为了通过指针去访问内存单元。
　
　　既然指针变量的值是一个地址，那么这个地址不仅可以是变量的地址，也可以是其它数据结构的地址。在一个指针变量中存放一
个数组或一个函数的首地址有何意义呢？因为数组或函数都是连续存放的。通过访问指针变量取得了数组或函数的首地址，也就找到了该数组或函数。这样一来，凡是出现数组，函数的地方都可以用一个指针变量来表示，只要该指针变量中赋予数组或函数的首地址即可。这样做，将会使程序的概念十分清楚，程序本身也精练，高效。在Ｃ语言中，一种数据类型或数据结构往往都占有一组连续的内存单元。用“地址”这个概念并不能很好地描述一种数据类型或数据结构，而“指针”虽然实际上也是一个地址，但它却是一个数据结构的首地址，它是“指向”一个数据结构的，因而概念更为清楚，表示更为明确。这也是引入“指针”概念的一个重要原因。

指针变量的类型说明

　　对指针变量的类型说明包括三个内容：
(1)指针类型说明，即定义变量为一个指针变量；
(2)指针变量名；
(3)变量值(指针)所指向的变量的数据类型。
　　其一般形式为：类型说明符 *变量名；
　　其中，*表示这是一个指针变量，变量名即为定义的指针变量名，类型说明符表示本指针变量所指向的变量的数据类型。
　　例如： int *p1;表示p1是一个指针变量，它的值是某个整型变量的地址。或者说p1指向一个整型变量。至于p1究竟指向哪一个整型变量，应由向p1赋予的地址来决定。
　　再如：
staic int *p2; /*p2是指向静态整型变量的指针变量*/
float *p3; /*p3是指向浮点变量的指针变量*/
char *p4; /*p4是指向字符变量的指针变量*/ 应该注意的是，一个指针变量只能指向同类型的变量，如P3 只能指向浮点变量，不能时而指向一个浮点变量，时而又指向一个字符变量。
指针变量同普通变量一样，使用之前不仅要定义说明，而且必须赋予具体的值。未经赋值的指针变量不能使用，否则将造成系统混乱，甚至死机。指针变量的赋值只能赋予地址，决不能赋予任何其它数据，否则将引起错误。在Ｃ语言中，变量的地址是由编译系统分配的，对用户完全透明，用户不知道变量的具体地址。Ｃ语言中提供了地址运算符&来表示变量的地址。其一般形式为： & 变量名；如&a变示变量a的地址，&b表示变量b的地址。变量本身必须预先说明。设有指向整型变量的指针变量p，如要把整型变量a 的地址赋予p可以有以下两种方式：
(1)指针变量初始化的方法 int a;
int *p=&a;
(2)赋值语句的方法 int a;
int *p;
p=&a;
不允许把一个数赋予指针变量，故下面的赋值是错误的： int *p;p=1000; 被赋值的指针变量前不能再加“*”说明符，如写为*p=&a 也是错误的

指针变量的运算

　　指针变量可以进行某些运算，但其运算的种类是有限的。它只能进行赋值运算和部分算术运算及关系运算。
1.指针运算符

(1)取地址运算符&
　　取地址运算符&是单目运算符，其结合性为自右至左，其功能是取变量的地址。在scanf函数及前面介绍指针变量赋值中，我们已经了解并使用了&运算符。

(2)取内容运算符*
　　取内容运算符*是单目运算符，其结合性为自右至左，用来表示指针变量所指的变量。在*运算符之后跟的变量必须是指针变量。需要注意的是指针运算符*和指针变量说明中的指针说明符* 不是一回事。在指针变量说明中，“*”是类型说明符，表示其后的变量是指针类型。而表达式中出现的“*”则是一个运算符用以表示指针变量所指的变量。
main(){
int a=5,*p=&a;
printf ("%d",*p);
}
......
表示指针变量p取得了整型变量a的地址。本语句表示输出变量a的值。

2.指针变量的运算

(1)赋值运算

指针变量的赋值运算有以下几种形式：
①指针变量初始化赋值，前面已作介绍。

②把一个变量的地址赋予指向相同数据类型的指针变量。例如：
int a,*pa;
pa=&a; /*把整型变量a的地址赋予整型指针变量pa*/

③把一个指针变量的值赋予指向相同类型变量的另一个指针变量。如：
int a,*pa=&a,*pb;
pb=pa; /*把a的地址赋予指针变量pb*/
由于pa,pb均为指向整型变量的指针变量，因此可以相互赋值。

④把数组的首地址赋予指向数组的指针变量。
例如： int a[5],*pa;
pa=a; (数组名表示数组的首地址，故可赋予指向数组的指针变量pa)
也可写为：
pa=&a[0]; /*数组第一个元素的地址也是整个数组的首地址，
也可赋予pa*/
当然也可采取初始化赋值的方法：
int a[5],*pa=a;

⑤把字符串的首地址赋予指向字符类型的指针变量。例如： char *pc;pc="c language";或用初始化赋值的方法写为： char *pc="C Language"; 这里应说明的是并不是把整个字符串装入指针变量，而是把存放该字符串的字符数组的首地址装入指针变量。在后面还将详细介绍。

⑥把函数的入口地址赋予指向函数的指针变量。例如： int (*pf)();pf=f; /*f为函数名*/

(2)加减算术运算

　　对于指向数组的指针变量，可以加上或减去一个整数n。设pa是指向数组a的指针变量，则pa+n,pa-n,pa++,++pa,pa--,--pa 运算都是合法的。指针变量加或减一个整数n的意义是把指针指向的当前位置(指向某数组元素)向前或向后移动n个位置。应该注意，数组指针变量向前或向后移动一个位置和地址加1或减1 在概念上是不同的。因为数组可以有不同的类型，各种类型的数组元素所占的字节长度是不同的。如指针变量加1，即向后移动1 个位置表示指针变量指向下一个数据元素的首地址。而不是在原地址基础上加1。
例如：
int a[5],*pa;
pa=a; /*pa指向数组a，也是指向a[0]*/
pa=pa+2; /*pa指向a[2]，即pa的值为&pa[2]*/ 指针变量的加减运算只能对数组指针变量进行，对指向其它类型变量的指针变量作加减运算是毫无意义的。(3)两个指针变量之间的运算只有指向同一数组的两个指针变量之间才能进行运算，否则运算毫无意义。

①两指针变量相减
两指针变量相减所得之差是两个指针所指数组元素之间相差的元素个数。实际上是两个指针值(地址) 相减之差再除以该数组元素的长度(字节数)。例如pf1和pf2 是指向同一浮点数组的两个指针变量，设pf1的值为2010H，pf2的值为2000H，而浮点数组每个元素占4个字节，所以pf1-pf2的结果为(2000H-2010H)/4=4，表示pf1和 pf2之间相差4个元素。两个指针变量不能进行加法运算。例如， pf1+pf2是什么意思呢?毫无实际意义。

②两指针变量进行关系运算
指向同一数组的两指针变量进行关系运算可表示它们所指数组元素之间的关系。例如：
pf1==pf2表示pf1和pf2指向同一数组元素
pf1>pf2表示pf1处于高地址位置
pf1<pf2表示pf2处于低地址位置
main(){
int a=10,b=20,s,t,*pa,*pb;
pa=&a;
pb=&b;
s=*pa+*pb;
t=*pa**pb;
printf("a=%d\nb=%d\na+b=%d\na*b=%d\n",a,b,a+b,a*b);
printf("s=%d\nt=%d\n",s,t);
}
......
说明pa,pb为整型指针变量
给指针变量pa赋值，pa指向变量a。
给指针变量pb赋值，pb指向变量b。
本行的意义是求a+b之和，(*pa就是a，*pb就是b)。
本行是求a*b之积。
输出结果。
输出结果。
......
指针变量还可以与0比较。设p为指针变量，则p==0表明p是空指针，它不指向任何变量；p!=0表示p不是空指针。空指针是由对指针变量赋予0值而得到的。例如： #define NULL 0　int *p=NULL; 对指针变量赋0值和不赋值是不同的。指针变量未赋值时，可以是任意值，是不能使用的。否则将造成意外错误。而指针变量赋0值后，则可以使用，只是它不指向具体的变量而已。
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=%d\nmin=%d\n",*pmax,*pmin);
}
......
pmax,pmin为整型指针变量。
输入提示。
输入三个数字。
如果第一个数字大于第二个数字．．．
指针变量赋值
指针变量赋值

指针变量赋值
指针变量赋值
判断并赋值
判断并赋值
输出结果
......

数组指针变量的说明和使用

　　指向数组的指针变量称为数组指针变量。在讨论数组指针变量的说明和使用之前，我们先明确几个关系。
一个数组是由连续的一块内存单元组成的。数组名就是这块连续内存单元的首地址。一个数组也是由各个数组元素(下标变量) 组成的。每个数组元素按其类型不同占有几个连续的内存单元。一个数组元素的首地址也是指它所占有的几个内存单元的首地址。一个指针变量既可以指向一个数组，也可以指向一个数组元素，可把数组名或第一个元素的地址赋予它。如要使指针变量指向第i号元素可以把i元素的首地址赋予它或把数组名加i赋予它。
设有实数组a，指向a的指针变量为pa，从图6.3中我们可以看出有以下关系：
pa,a,&a[0]均指向同一单元，它们是数组a的首地址，也是0 号元素a[0]的首地址。pa+1,a+1,&a[1]均指向1号元素a[1]。类推可知a+i,a+i,&a[i]
指向i号元素a[i]。应该说明的是pa是变量，而a,&a[i]都是常量。在编程时应予以注意。
main(){
int a[5],i;
for(i=0;i<5;i++){
a[i]=i;
printf("a[%d]=%d\n",i,a[i]);
}
printf("\n");
}
主函数
定义一个整型数组和一个整型变量
循环语句
给数组赋值
打印每一个数组的值
......
输出换行
......
数组指针变量说明的一般形式为：
类型说明符 * 指针变量名
　　其中类型说明符表示所指数组的类型。从一般形式可以看出指向数组的指针变量和指向普通变量的指针变量的说明是相同的。
引入指针变量后，就可以用两种方法来访问数组元素了。
　　第一种方法为下标法，即用a[i]形式访问数组元素。在第四章中介绍数组时都是采用这种方法。
　　第二种方法为指针法，即采用*(pa+i)形式，用间接访问的方法来访问数组元素。
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]=%d\n",i,*pa);
pa++;
}
}
主函数
定义整型数组和指针
将指针pa指向数组a
循环
将变量i的值赋给由指针pa指向的a[]的数组单元
将指针pa指向a[]的下一个单元
......
指针pa重新取得数组a的首地址
循环
用数组方式输出数组a中的所有元素
将指针pa指向a[]的下一个单元
......
......
下面，另举一例，该例与上例本意相同，但是实现方式不同。
main(){
int a[5],i,*pa=a;
for(i=0;i<5;){
*pa=i;
printf("a[%d]=%d\n",i++,*pa++);
}
}
主函数
定义整型数组和指针，并使指针指向数组a
循环
将变量i的值赋给由指针pa指向的a[]的数组单元
用指针输出数组a中的所有元素，同时指针pa指向a[]的下一个单元
......
......

数组名和数组指针变量作函数参数

　　在第五章中曾经介绍过用数组名作函数的实参和形参的问题。在学习指针变量之后就更容易理解这个问题了。数组名就是数组的首地址，实参向形参传送数组名实际上就是传送数组的地址，形参得到该地址后也指向同一数组。这就好象同一件物品有两个彼此不同的名称一样。同样，指针变量的值也是地址，数组指针变量的值即为数组的首地址，当然也可作为函数的参数使用。
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;
}

指向多维数组的指针变量
本小节以二维数组为例介绍多维数组的指针变量。

一、多维数组地址的表示方法
设有整型二维数组a[3][4]如下：
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 10 11
　　设数组a的首地址为1000，各下标变量的首地址及其值如图所示。在第四章中介绍过，Ｃ语言允许把一个二维数组分解为多个一维数组来处理。因此数组a可分解为三个一维数组，即a[0]，a[1]，a[2]。每一个一维数组又含有四个元素。例如a[0]数组，含有a[0][0]，a[0][1]，a[0][2]，a[0][3]四个元素。数组及数组元素的地址表示如下：a是二维数组名，也是二维数组0行的首地址，等于1000。a[0]是第一个一维数组的数组名和首地址，因此也为1000。*(a+0)或*a是与a[0]等效的，它表示一维数组a[0]0 号元素的首地址。也为1000。&a[0][0]是二维数组a的0行0列元素首地址，同样是1000。因此，a，a[0]，*(a+0)，*a，&a[0][0]是相等的。同理，a+1是二维数组1行的首地址，等于1008。a[1]是第二个一维数组的数组名和首地址，因此也为1008。 &a[1][0]是二维数组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。因为在二维数组中不能把&a[i]理解为元素a[i]的地址，不存在元素a[i]。

　　Ｃ语言规定，它是一种地址计算方法，表示数组a第i行首地址。由此，我们得出：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是一维数组a[0]的0号元素的首地址，而a[0]+1则是a[0]的1号元素首地址，由此可得出a[i]+j则是一维数组a[i]的j号元素首地址，它等于&a[i][j]。由a[i]=*(a+i)得a[i]+j=*(a+i)+j，由于*(a+i)+j是二维数组a的i行j列元素的首地址。该元素的值等于*(*(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,%d\n",a[1]+1,*(a+1)+1);
printf("%d,%d\n",*(a[1]+1),*(*(a+1)+1));
}

二、多维数组的指针变量

　　把二维数组a 分解为一维数组a[0],a[1],a[2]之后，设p为指向二维数组的指针变量。可定义为： int (*p)[4] 它表示p是一个指针变量，它指向二维数组a 或指向第一个一维数组a[0]，其值等于a,a[0]，或&a[0][0]等。而p+i则指向一维数组a[i]。从前面的分析可得出*(p+i)+j是二维数组i行j 列的元素的地址，而*(*(p+i)+j)则是i行j列元素的值。

　　二维数组指针变量说明的一般形式为：类型说明符 (*指针变量名)[长度] 其中“类型说明符”为所指数组的数据类型。“*”表示其后的变量是指针类型。 “长度”表示二维数组分解为多个一维数组时，一维数组的长度，也就是二维数组的列数。应注意“(*指针变量名)”两边的括号不可少，如缺少括号则表示是指针数组(本章后面介绍)，意义就完全不同了。
[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字符串指针变量的说明和使用字符串指针变量的定义说明与指向字符变量的指针变量说明是相同的。只能按对指针变量的赋值不同来区别。对指向字符变量的指针变量应赋予该字符变量的地址。如： char c,*p=&c;表示p是一个指向字符变量c的指针变量。而： char *s="C Language";则表示s是一个指向字符串的指针变量。把字符串的首地址赋予s。
请看下面一例。
main(){
char *ps;
ps="C Language";
printf("%s",ps);
}
运行结果为：
C Language
上例中，首先定义ps是一个字符指针变量，然后把字符串的首地址赋予ps(应写出整个字符串，以便编译系统把该串装入连续的一块内存单元)，并把首地址送入ps。程序中的： char *ps;ps="C Language";等效于： char *ps="C Language";输出字符串中n个字符后的所有字符。
main(){
char *ps="this is a book";
int n=10;
ps=ps+n;
printf("%s\n",ps);
}
运行结果为：
book 在程序中对ps初始化时，即把字符串首地址赋予ps，当ps= ps+10之后，ps指向字符“b”，因此输出为"book"。
main(){
char st[20],*ps;
int i;
printf("input a string:\n");
ps=st;
scanf("%s",ps);
for(i=0;ps[i]!='\0';i++)
if(ps[i]=='k'){
printf("there is a 'k' in the string\n");
break;
}
if(ps[i]=='\0') printf("There is no 'k' in the string\n");
}
　　本例是在输入的字符串中查找有无‘k’字符。下面这个例子是将指针变量指向一个格式字符串，用在printf函数中，用于输出二维数组的各种地址表示的值。但在printf语句中用指针变量PF代替了格式串。这也是程序中常用的方法。
main(){
static int a[3][4]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};
char *PF;
PF="%d,%d,%d,%d,%d\n";
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,%d\n",a[1]+1,*(a+1)+1);
printf("%d,%d\n",*(a[1]+1),*(*(a+1)+1));
}
　　在下例是讲解，把字符串指针作为函数参数的使用。要求把一个字符串的内容复制到另一个字符串中，并且不能使用strcpy函数。函数cprstr的形参为两个字符指针变量。pss指向源字符串，pds指向目标字符串。表达式：
(*pds=*pss)!=`\0'
cpystr(char *pss,char *pds){
while((*pds=*pss)!='\0'){
pds++;
pss++; }
}
main(){
char *pa="CHINA",b[10],*pb;
pb=b;
cpystr(pa,pb);
printf("string a=%s\nstring b=%s\n",pa,pb);

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