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  • 编程基础-c语言中指针、sizeof用法总结

     

    1、指针

    学习 C 语言的指针既简单又有趣。通过指针,可以简化一些 C 编程任务的执行,还有一些任务,如动态内存分配,没有指针是无法执行的。所以,想要成为一名优秀的 C 程序员,学习指针是很有必要的。

    正如您所知道的,每一个变量都有一个内存位置,每一个内存位置都定义了可使用连字号(&)运算符访问的地址,它表示了在内存中的一个地址。请看下面的实例,它将输出定义的变量地址:

        int  var1;
        char var2[10];
     
        printf("var1 变量的地址: %p
    ", &var1  ); // var1 变量的地址: 0038FB78
        printf("var2 变量的地址: %p
    ", &var2  ); // var2 变量的地址: 0038FB64

    通过上面的实例,我们了解了什么是内存地址以及如何访问它。接下来让我们看看什么是指针。

    什么是指针?

    指针是一个变量,其值为另一个变量的地址,即,内存位置的直接地址。就像其他变量或常量一样,您必须在使用指针存储其他变量地址之前,对其进行声明。指针变量声明的一般形式为:

    type *var-name;

    在这里,type 是指针的基类型,它必须是一个有效的 C 数据类型,var-name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是,在这个语句中,星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明:

    int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
    double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
    float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
    char   *ch;     /* 一个字符型的指针 */

    所有实际数据类型,不管是整型、浮点型、字符型,还是其他的数据类型,对应指针的值的类型都是一样的,都是一个代表内存地址的长的十六进制数。

    不同数据类型的指针之间唯一的不同是,指针所指向的变量或常量的数据类型不同。

    如何使用指针?

    使用指针时会频繁进行以下几个操作:定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 *来返回位于操作数所指定地址的变量的值。下面的实例涉及到了这些操作:

        int  var = 20;   /* 实际变量的声明 */
        int  *ip;        /* 指针变量的声明 */
     
        ip = &var;  /* 在指针变量中存储 var 的地址 */
     
        printf("Address of var variable: %p
    ", &var  ); // Address of var variable: 0045FBC0
     
        /* 在指针变量中存储的地址 */
        printf("Address stored in ip variable: %p
    ", ip ); // Address stored in ip variable: 0045FBC0
     
        /* 使用指针访问值 */
        printf("Value of *ip variable: %d
    ", *ip ); // Value of *ip variable: 20

    C 中的 NULL 指针

    在变量声明的时候,如果没有确切的地址可以赋值,为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为指针。

    NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。请看下面的程序:

        int  *ptr = NULL;
     
        printf("ptr 的地址是 %p
    ", ptr  ); // ptr 的地址是 00000000

    在大多数的操作系统上,程序不允许访问地址为 0 的内存,因为该内存是操作系统保留的。然而,内存地址 0 有特别重要的意义,它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例,如果指针包含空值(零值),则假定它不指向任何东西。

    如需检查一个空指针,您可以使用 if 语句,如下所示:

    if(ptr)     /* 如果 p 非空,则完成 */
    if(!ptr)    /* 如果 p 为空,则完成 */

    2、C 指针的算术运算

    C 指针是一个用数值表示的地址。因此,您可以对指针执行算术运算。可以对指针进行四种算术运算:++、--、+、-。

    假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针,是一个 32 位的整数,让我们对该指针执行下列的算术运算:

    ptr++

    在执行完上述的运算之后,ptr 将指向位置 1004,因为 ptr 每增加一次,它都将指向下一个整数位置,即当前位置往后移 4 个字节。这个运算会在不影响内存位置中实际值的情况下,移动指针到下一个内存位置。如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符,上面的运算会导致指针指向位置 1001,因为下一个字符位置是在 1001。

    递增一个指针

    我们喜欢在程序中使用指针代替数组,因为变量指针可以递增,而数组不能递增,数组可以看成一个指针常量。下面的程序递增变量指针,以便顺序访问数组中的每一个元素:

        int  var[] = {10, 100, 200};
        int  i, *ptr;
     
        /* 指针中的数组地址 */
        ptr = var;
        for ( i = 0; i < 3; i++)
        {
     
            printf("存储地址:var[%d] = %x
    ", i, ptr );
            printf("存储值:var[%d] = %d
    ", i, *ptr );
     
            /* 移动到下一个位置 */
            ptr++;
        }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    存储地址:var[0] = 45fc10
    存储值:var[0] = 10
    存储地址:var[1] = 45fc14
    存储值:var[1] = 100
    存储地址:var[2] = 45fc18
    存储值:var[2] = 200

    递减一个指针

    同样地,对指针进行递减运算,即把值减去其数据类型的字节数,如下所示:

        int  var[] = {10, 100, 200};
        int  i, *ptr;
     
        /* 指针中最后一个元素的地址 */
        ptr = &var[2];
        for ( i = 3; i > 0; i--)
        {
     
            printf("存储地址:var[%d] = %x
    ", i-1, ptr );
            printf("存储值:var[%d] = %d
    ", i-1, *ptr );
     
            /* 移动到下一个位置 */
            ptr--;
        }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    存储地址:var[2] = 3cfb30
    存储值:var[2] = 200
    存储地址:var[1] = 3cfb2c
    存储值:var[1] = 100
    存储地址:var[0] = 3cfb28
    存储值:var[0] = 10

    指针的比较

    指针可以用关系运算符进行比较,如 ==、< 和 >。如果 p1 和 p2 指向两个相关的变量,比如同一个数组中的不同元素,则可对 p1 和 p2 进行大小比较。

    下面的程序修改了上面的实例,只要变量指针所指向的地址小于或等于数组的最后一个元素的地址 &var[MAX - 1],则把变量指针进行递增:

        int  var[] = {10, 100, 200};
        int  i, *ptr;
     
        /* 指针中第一个元素的地址 */
        ptr = var;
        i = 0;
        while ( ptr <= &var[2] )
        {
     
            printf("Address of var[%d] = %x
    ", i, ptr );
            printf("Value of var[%d] = %d
    ", i, *ptr );
     
            /* 指向上一个位置 */
            ptr++;
            i++;
        }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    Address of var[0] = 3af950
    Value of var[0] = 10
    Address of var[1] = 3af954
    Value of var[1] = 100
    Address of var[2] = 3af958
    Value of var[2] = 200

    3、C 指针数组

    先让我们来看一个实例,它用到了一个由 3 个整数组成的数组:

        int  var[] = {10, 100, 200};
        int i;
     
        for (i = 0; i < 3; i++)
        {
            printf("Value of var[%d] = %d
    ", i, var[i] );
        }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    Value of var[0] = 10
    Value of var[1] = 100
    Value of var[2] = 200

    可能有一种情况,我们想要让数组存储指向 int 或 char 或其他数据类型的指针。下面是一个指向整数的指针数组的声明:

    int *ptr[MAX];

    在这里,把 ptr 声明为一个数组,由 MAX 个整数指针组成。因此,ptr 中的每个元素,都是一个指向 int 值的指针。下面的实例用到了三个整数,它们将存储在一个指针数组中,如下所示:

        int  var[] = {10, 100, 200};
        int i, *ptr[3];
     
        for ( i = 0; i < 3; i++)
        {
            ptr[i] = &var[i]; /* 赋值为整数的地址 */
        }
        for ( i = 0; i < 3; i++)
        {
            printf("Value of var[%d] = %d
    ", i, *ptr[i] );
        }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    Value of var[0] = 10
    Value of var[1] = 100
    Value of var[2] = 200

    您也可以用一个指向字符的指针数组来存储一个字符串列表,如下:

        const char *names[] = {
                        "Zara Ali",
                        "Hina Ali",
                        "Nuha Ali",
                        "Sara Ali",
        };
        int i = 0;
     
        for ( i = 0; i < 4; i++)
        {
            printf("Value of names[%d] = %s
    ", i, names[i] );
        }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    Value of names[0] = Zara Ali
    Value of names[1] = Hina Ali
    Value of names[2] = Nuha Ali
    Value of names[3] = Sara Ali

    问题:指向字符的指针数组来存储一个字符串列表 不明白为什么前面定义的是指针,到后面输出 names[i] 没有* ????

    回答1:printf里用%s控制是要输出字符串,输出字符串对应的变量是字符串指针,names[]中就是字符串指针,为啥还要加*?加了*就是取字符串的内容,而这内容就是字符串第一个字符而不是整个字符串——因为C规定输出字符串时(就是用%s控制时),对应变量那里只写字符串第一个字符的指针就可以了,printf会在%s的控制下一个字符一个字符地把字符串中的字符依次输出到屏幕上,直到遇到''时停止。

    回答2:printf对%s占位符有特殊处理,遇见该占位符时,将从后面参数中给出的字符指针指向的字符开始,逐个遍历输出字符,直到遇到结束标记''。

    4、C 指向指针的指针

    指向指针的指针是一种多级间接寻址的形式,或者说是一个指针链。通常,一个指针包含一个变量的地址。当我们定义一个指向指针的指针时,第一个指针包含了第二个指针的地址,第二个指针指向包含实际值的位置。

    一个指向指针的指针变量必须如下声明,即在变量名前放置两个星号。例如,下面声明了一个指向 int 类型指针的指针:

    int **var;

    当一个目标值被一个指针间接指向到另一个指针时,访问这个值需要使用两个星号运算符,如下面实例所示:

        int  var;
        int  *ptr;
        int  **pptr;
    
        var = 3000;
    
        /* 获取 var 的地址 */
        ptr = &var;
    
        /* 使用运算符 & 获取 ptr 的地址 */
        pptr = &ptr;
    
        /* 使用 pptr 获取值 */
        printf("Value of var = %d
    ", var );
        printf("Value available at *ptr = %d
    ", *ptr );
        printf("Value available at **pptr = %d
    ", **pptr);

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    Value of var = 3000
    Value available at *ptr = 3000
    Value available at **pptr = 3000

    5、C 传递指针给函数

    C 语言允许您传递指针给函数,只需要简单地声明函数参数为指针类型即可。

    下面的实例中,我们传递一个无符号的 long 型指针给函数,并在函数内改变这个值:

    #include <stdio.h>
    #include <time.h>
     
    void getSeconds(unsigned long *par);
    
    int main ()
    {
       unsigned long sec;
    
    
       getSeconds( &sec );
    
       /* 输出实际值 */
       printf("Number of seconds: %ld
    ", sec );
    
       return 0;
    }
    
    void getSeconds(unsigned long *par)
    {
       /* 获取当前的秒数 */
       *par = time( NULL );
       return;
    }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    Number of seconds :1294450468

    能接受指针作为参数的函数,也能接受数组作为参数,如下所示:

    #include <stdio.h>
     
    /* 函数声明 */
    double getAverage(int *arr, int size);
     
    int main ()
    {
       /* 带有 5 个元素的整型数组  */
       int balance[5] = {1000, 2, 3, 17, 50};
       double avg;
     
       /* 传递一个指向数组的指针作为参数 */
       avg = getAverage( balance, 5 ) ;
     
       /* 输出返回值  */
       printf("Average value is: %f
    ", avg );
        
       return 0;
    }
    
    double getAverage(int *arr, int size)
    {
      int    i, sum = 0;       
      double avg;          
     
      for (i = 0; i < size; ++i)
      {
        sum += arr[i];
      }
     
      avg = (double)sum / size;
     
      return avg;
    }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    Average value is: 214.40000

    6、C 从函数返回指针

    我们已经了解了 C 语言中如何从函数返回数组,类似地,C 允许您从函数返回指针。为了做到这点,您必须声明一个返回指针的函数,如下所示:

    int * myFunction()
    {
    .
    .
    .
    }

    另外,C 语言不支持在调用函数时返回局部变量的地址,除非定义局部变量为 static 变量。

    现在,让我们来看下面的函数,它会生成 10 个随机数,并使用表示指针的数组名(即第一个数组元素的地址)来返回它们,具体如下:

    #include <stdio.h>
    #include <time.h>
    #include <stdlib.h> 
     
    /* 要生成和返回随机数的函数 */
    int * getRandom( )
    {
       static int  r[10];
       int i;
     
       /* 设置种子 */
       srand( (unsigned)time( NULL ) );
       for ( i = 0; i < 10; ++i)
       {
          r[i] = rand();
          printf("%d
    ", r[i] );
       }
     
       return r;
    }
     
    /* 要调用上面定义函数的主函数 */
    int main ()
    {
       /* 一个指向整数的指针 */
       int *p;
       int i;
     
       p = getRandom();
       for ( i = 0; i < 10; i++ )
       {
           printf("*(p + [%d]) : %d
    ", i, *(p + i) );
       }
     
       return 0;
    }

    当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:

    1523198053
    1187214107
    1108300978
    430494959
    1421301276
    930971084
    123250484
    106932140
    1604461820
    149169022
    *(p + [0]) : 1523198053
    *(p + [1]) : 1187214107
    *(p + [2]) : 1108300978
    *(p + [3]) : 430494959
    *(p + [4]) : 1421301276
    *(p + [5]) : 930971084
    *(p + [6]) : 123250484
    *(p + [7]) : 106932140
    *(p + [8]) : 1604461820
    *(p + [9]) : 149169022

    在计算机科学中,指针(Pointer)是编程语言中的一个对象,利用地址,它的值直接指向(points to)存在电脑存储器中另一个地方的值。

    由于通过地址能找到所需的变量单元,可以说,地址指向该变量单元。因此,将地址形象化的称为“指针”。意思是通过它能找到以它为地址的内存单元。

    7、sizeof是c语言中用来求字节运算符。

    sizeof用来求一个对象(类型,变量,……)所占的内存大小(以字节为单位)。

    sizeof(x)
    
    typeof(x)
    
    sizeof( typeof(x) )

    不管你x是否存在,我(sizeof)只关心你的(x)的类型,

    然后求这个类型应该占的字节大小。

    x 可以是变量,数组,类型,表达式,……。只要x的类型是确定的。

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