第9章    指   針(上)

指針是Ｃ語言中的重要概念,也是Ｃ語言的重要特色.使用指針,可以使程序更加簡潔、緊湊、高效.

9.1  指針和指針變量的概念

1.內存地址──內存中存儲單元的編號

(1)計算機硬件系統的內存儲器中,擁有大量的存儲單元(容量為１字節).

為了方便管理,必須為每一個存儲單元編號,這個編號就是存儲單元的“地址”.每個存儲單元都有一個惟一的地址.

(2)在地址所標識的存儲單元中存放數據.

注意：內存單元的地址與內存單元中的數據是兩個完全不同的概念.

2.變量地址──系統分配給變量的內存單元的起始地址

假設有這樣一個程序：

  main()

       { int num;

          scanf("%d",&num);

          printf("num=%d\n", num);

       }

C編譯程序編譯到該變量定義語句時,將變量num 登錄到“符號表”中.符號表的關鍵屬性有兩個：一是“標識符名(id)” ,二是該標識符在內存空間中的“地址(addr)” .

為描述方便,假設系統分配給變量num的2字節存儲單元為 3000 和3001,則起始地址3000就是變量num在內存中的地址.


        3.變量值的存取──通過變量在內存中的地址進行

系統執行“scanf(”%d“,&num);”和“printf(”num=%d\n“, num);”時,存取變量num值的方式可以有兩種：

  (1)直接訪問──直接利用變量的地址進行存取

  1)上例中scanf(“%d”,&num)的執行過程是這樣的：

  用變量名num作為索引值,檢索符號表,找到變量num的起始地址3000；然后將鍵盤輸入的值(假設為３)送到內存單元3000和3001中.此時,變量num在內存中的地址和值,如圖9-1所示.

  2)printf("num=%d\n",num)的執行過程,與scanf()很相似：

 首先找到變量num的起始地址3000,然后從3000和3001中取出其值,最后將它輸出. 

(2)間接訪問──通過另一變量訪問該變量的值

 Ｃ語言規定：在程序中可以定義一種特殊的變量(稱為指針變量),用來存放其它變量的地址.

例如,假設定義了這樣一個指針變量num_pointer,它被分配到4000、4001單元,其值可通過賦值語句“num_pointer=＆num；”得到.此時,指針變量num_pointer的值就是變量num在內存中的起始地址3000,如圖9-1所示.

通過指針變量num_pointer存取變量num值的過程如下：

首先找到指針變量num_pointer的地址(4000),取出其值3000(正好是變量num 的起始地址)； 然后從3000、3001中取出變量num的值(3). 

(3)兩種訪問方式的比較 

兩種訪問方式之間的關系,可以用某人甲(系統)要找某人乙(變量)來類比.

一種情況是,甲知道乙在何處,直接去找就是(即直接訪問).

另一種情況是,甲不知道乙在哪,但丙(指針變量)知道,此時甲可以這么做：先找丙,從丙處獲得乙的去向,然后再找乙(即間接訪問).

4.指針與指針變量

(1)指針──即地址

 一個變量的地址稱為該變量的指針.通過變量的指針能夠找到該變量.

(2)指針變量──專門用于存儲其它變量地址的變量

指針變量num_pointer的值就是變量num的地址.指針與指針變量的區別,就是變量值與變量的區別.

(3)為表示指針變量和它指向的變量之間的關系,用指針運算符“*”表示. 

例如,指針變量num_pointer與它所指向的變量num的關系,表示為：

*num_pointer,即*num_pointer等價于變量num.

因此,下面兩個語句的作用相同：

num=3;                    /*將3直接賦給變量num*/

num_pointer=#       /*使num_pointer指向num */

*num_pointer=3;            /*將3賦給指針變量num_pointer所指向的變量*/

9.2   指針變量的定義與應用

9.2.1  指針變量的定義與相關運算

[案例9.1] 指針變量的定義與相關運算示例.
 /*案例代碼文件名：AL9_1.C*/
 

main()
   { int num_int=12, *p_int;       /*定義一個指向int型數據的指針變量p_int */
     float num_f=3.14, *p_f;       /*定義一個指向float型數據的指針變量p_f */
    char num_ch=’p’, *p_ch;       /*定義一個指向char型數據的指針變量p_ch */
     p_int=&num_int;      /*取變量num_int的地址,賦值給p_int */
     p_f=&num_f;            /*取變量num_f的地址,賦值給p_f */
     p_ch=&num_ch;        /*取變量num_ch的地址,賦值給p_ch */
     printf(“num_int=%d, *p_int=%d\n”, num_int, *p_int);
     printf(“num_f=%4.2f, *p_f=%4.2f\n”, num_f, *p_f);
     printf(“num_ch=%c, *p_ch=%c\n”, num_ch, *p_ch);
  }                                                  [程序演示]

程序運行結果：

num_int=12, *p_int=12

num_f=3.14, *p_f=3.14

num_ch=p, *p_ch=p

  程序說明：

(1)頭三行的變量定義語句──指針變量的定義

  與一般變量的定義相比,除變量名前多了一個星號“*” (指針變量的定義標識符)外,其余一樣：

數據類型   *指針變量[,  *指針變量2……];

  注意：此時的指針變量p_int、p_f、p_ch,并未指向某個具體的變量(稱指針是懸空的).使用懸空指針很容易破壞系統,導致系統癱瘓.

(2)中間三行的賦值語句──取地址運算(＆)

取地址運算的格式： ＆變量

例如,&num_int、&num_f、&num_ch的結果,分別為變量num_int、num_f、num_ch的地址.

注意：指針變量只能存放指針(地址),且只能是相同類型變量的地址.

例如,指針變量p_int、p_f、p_ch,只能分別接收int型、float型、char型變量的地址,否則出錯.

(3)后三行的輸出語句──指針運算(*)

使用直接訪問和間接訪問兩種方式,分別輸出變量num_int、num_f、num_ch的值.

注意：這三行出現在指針變量前的星號“*”是指針運算符,訪問指針變量所指向的變量的值,而非指針運算符.

[案例9.2] 使用指針變量求解：輸入2個整數,按升序(從小到大排序)輸出.

/*案例代碼文件名：AL9_2.C*/

/*程序功能：使用指針變量求解2個整數的升序輸出*/

main()

   { int num1,num2;

      int *num1_p=&num1, *num2_p=&num2, *pointer;  

      printf(“Input the first number: ”); scanf(“%d”,num1_p);

      printf(“Input the second number: ”); scanf(“%d”,num2_p);

      printf(“num1=%d, num2=%d\n”, num1, num2); 

      if( *num1_p > *num2_p )                  /*如果num1>num2,則交換指針*/

            pointer= num1_p,  num1_p= num2_p,  num2_p=pointer;

      printf(“min=%d, max=%d\n”, *num1_p, *num2_p);

   } 

程序運行情況：

Input the first number:9←┘

Input the second number:6←┘

num1=9, num2=6

min=6, max=9

程序說明：

(1)第5行的if語句

 如果*num1_p>*num2_p (即num1>num2),則交換指針,使num1_p指向變量num2(較小值),num2_p指向變量num1(較大值).

(2)printf(“min=%d, max=%d\n”, *num1_p, *num2_p); 語句：通過指針變量,間接訪問變量的值.

本案例的處理思路是：交換指針變量num1_p 和num2_p的值,而不是變量num1和num2的值(變量num1和num2并未交換,仍保持原值),最后通過指針變量輸出處理結果.

9.2.2  指針變量作函數參數

1.指針變量,既可以作為函數的形參,也可以作函數的實參.

2.指針變量作實參時,與普通變量一樣,也是“值傳遞”,即將指針變量的值(一個地址)傳遞給被調用函數的形參(必須是一個指針變量).

注意：被調用函數不能改變實參指針變量的值,但可以改變實參指針變量所指向的變量的值.

[案例9.3] 使用函數調用方式改寫[案例9.2],要求實參為指針變量.

/*案例代碼文件名：AL9_3.C*/
/******************************************************/
/*exchange()功能：交換2個形參指針變量所指向的變量的值      */
/*形參：2個,均為指向整型數據的指針變量                   */
/*返回值：無                                                 */
/******************************************************/
void exchange(int *pointer1, int *pointer2)
     { int temp;
        temp=*pointer1, *pointer1=*pointer2, *pointer2=temp;
      }

/*主函數main()*/

main()

    { int num1,num2;

       /*定義并初始化指針變量num1_p和 num2_p */

       int *num1_p=&num1, *num2_p=&num2;

       printf(“Input the first number: ”); scanf(“%d”, num1_p);

       printf(“Input the second number: ”);

       scanf(“%d”, num2_p);

       printf(“num1=%d, num2=%d\n”, num1, num2);

       if( *num1_p > *num2_p )     /* 即num1>num2)*/

             exchange(num1_p, num2_p);   /*指針變量作實參*/

          /*輸出排序后的num1和num2的值*/

       printf(“min=%d, max=%d\n”, num1, num2); 

    }                                                                 [程序演示]

程序運行情況：

Input the first number:9←┘

Input the second number:6←┘

num1=9, num2=6

min=6, max=9

調用函數exchange()之前、之時、結束時和結束后的情況,如圖9-5所示.

形參指針變量pointer1(指向變量num1)和pointer2(指向變量num2),在函數調用開始時才分配存儲空間,函數調用結束后立即被釋放.

雖然被調用函數不能改變實參指針變量的值,但可以改變它們所指向的變量的值.

總結：為了利用被調用函數改變的變量值,應該使用指針(或指針變量)作函數實參.其機制為：在執行被調用函數時,使形參指針變量所指向的變量的值發生變化；函數調用結束后,通過不變的實參指針(或實參指針變量)將變化的值保留下來.

[案例9.4] 輸入3個整數,按降序(從大到小的順序)輸出.要求使用變量的指針作函數調用的實參來實現.

/*案例代碼文件名：AL9_4.C*/

/******************************************************/

/*exchange()功能：交換2個形參指針變量所指向的變量的值      */

/*形參：2個,均為指向整型數據的指針變量                    */

/*返回值：無                                                 */

/******************************************************/

void exchange(int *pointer1, int *pointer2)

     { int temp;

        temp=*pointer1, *pointer1=*pointer2, *pointer2=temp;

     }

/*主函數main()*/

main()

   { int num1,num2,num3;

      /*從鍵盤上輸入3個整數*/

      printf(“Input the first number: ”); scanf(“%d”, &num1);

      printf(“Input the second number: ”); scanf(“%d”, &num2);

      printf(“Input the third number: ”); scanf(“%d”, &num3);

      printf(“num1=%d, num2=%d, num3=%d\n”, num1, num2, num3); 

      /*排序*/

      if( num1 < num2 )                      /*num1<num2*/

           exchange( &num1, &num2 ); 

      if( num1 < num3 ) exchange( &num1,  &num3 ); 

      if( num2 < num3 ) exchange( &num2,  &num3 ); 

      /*輸出排序結果*/

      printf(“排序結果: %d, %d, %d\n”,num1,num2,num3);

   }                                                

程序運行情況：

Input the first number:9←┘

Input the second number:6←┘

Input the third number:12←┘

num1=9, num2=6, num3=12

排序結果: 12, 9, 6

9.3   數組的指針和指向數組的指針變量

9.3.1  概述

1.概念

數組的指針──數組在內存中的起始地址,數組元素的指針──數組元素在內存中的起始地址.

2.指向數組的指針變量的定義