C语言指针

指针

数据在内存中的地址也称为指针，如果一个变量存储了一份数据的指针，我们就称它为指针变量。

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。指针变量的值就是某份数据的地址，这样的一份数据可以是数组、字符串、函数，也可以是另外的一个普通变量或指针变量。

假设有一个 char 类型的变量 c，它存储了字符 'K'（ASCII码为十进制数 75），并占用了地址为 0X11A 的内存（地址通常用十六进制表示）。另外有一个指针变量 p，它的值为 0X11A，正好等于变量 c 的地址，这种情况我们就称 p 指向了 c，或者说 p 是指向变量 c 的指针。

定义指针变量

定义指针变量与定义普通变量非常类似，不过要在变量名前面加星号*，格式为

datatype *name;

或者

datatype *name = value;

*表示这是一个指针变量，datatype表示该指针变量所指向的数据的类型 。例如：

int *p1;

p1 是一个指向 int 类型数据的指针变量，至于 p1 究竟指向哪一份数据，应该由赋予它的值决定。再如：

int a = 100;
int *p_a = &a;

在定义指针变量 p_a 的同时对它进行初始化，并将变量 a 的地址赋予它，此时 p_a 就指向了 a。值得注意的是，p_a 需要的一个地址，a 前面必须要加取地址符&，否则是不对的。

和普通变量一样，指针变量也可以被多次写入，只要你想，随时都能够改变指针变量的值，请看下面的代码：

//定义普通变量
float a = 99.5, b = 10.6;
char c = '@', d = '#';
//定义指针变量
float *p1 = &a;
char *p2 = &c;
//修改指针变量的值
p1 = &b;
p2 = &d;

是一个特殊符号，表明一个变量是指针变量，定义 p1、p2 时必须带。而给 p1、p2 赋值时，因为已经知道了它是一个指针变量，就没必要多此一举再带上，后边可以像使用普通变量一样来使用指针变量。也就是说，定义指针变量时必须带，给指针变量赋值时不能带*。

假设变量 a、b、c、d 的地址分别为 0X1000、0X1004、0X2000、0X2004，下面的示意图很好地反映了 p1、p2 指向的变化：

需要强调的是，p1、p2 的类型分别是float和char，而不是float和char，它们是完全不同的数据类型，读者要引起注意。

指针变量也可以连续定义，例如：

int *a, *b, *c;  //a、b、c 的类型都是 int*

注意每个变量前面都要带*。如果写成下面的形式，那么只有 a 是指针变量，b、c 都是类型为 int 的普通变量：

int *a, b, c;

通过指针变量取得数据

指针变量存储了数据的地址，通过指针变量能够获得该地址上的数据，格式为：

*pointer;

这里的*称为指针运算符，用来取得某个地址上的数据，请看下面的例子：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 15;
    int *p = &a;
    printf("%d, %d
", a, *p);  //两种方式都可以输出a的值
    return 0;
}

运行结果：
15, 15

假设 a 的地址是 0X1000，p 指向 a 后，p 本身的值也会变为 0X1000，p 表示获取地址 0X1000 上的数据，也即变量 a 的值。从运行结果看，p 和 a 是等价的。

上节我们说过，CPU 读写数据必须要知道数据在内存中的地址，普通变量和指针变量都是地址的助记符，虽然通过 *p 和 a 获取到的数据一样，但它们的运行过程稍有不同：a 只需要一次运算就能够取得数据，而 *p 要经过两次运算，多了一层“间接”。

假设变量 a、p 的地址分别为 0X1000、0XF0A0，它们的指向关系如下图所示：

程序被编译和链接后，a、p 被替换成相应的地址。使用 *p 的话，要先通过地址 0XF0A0 取得变量 p 本身的值，这个值是变量 a 的地址，然后再通过这个值取得变量 a 的数据，前后共有两次运算；而使用 a 的话，可以通过地址 0X1000 直接取得它的数据，只需要一步运算。

也就是说，使用指针是间接获取数据，使用变量名是直接获取数据，前者比后者的代价要高。

指针除了可以获取内存上的数据，也可以修改内存上的数据，例如：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 15, b = 99, c = 222;
    int *p = &a;  //定义指针变量
    *p = b;  //通过指针变量修改内存上的数据
    c = *p;  //通过指针变量获取内存上的数据
    printf("%d, %d, %d, %d
", a, b, c, *p);
    return 0;
}

运行结果：
99, 99, 99, 99

*p 代表的是 a 中的数据，它等价于 a，可以将另外的一份数据赋值给它，也可以将它赋值给另外的一个变量。

在不同的场景下有不同的作用：可以用在指针变量的定义中，表明这是一个指针变量，以和普通变量区分开；使用指针变量时在前面加*表示获取指针指向的数据，或者说表示的是指针指向的数据本身。

也就是说，定义指针变量时的和使用指针变量时的意义完全不同。以下面的语句为例：

int *p = &a;
*p = 100;

第1行代码中用来指明 p 是一个指针变量，第2行代码中用来获取指针指向的数据。

需要注意的是，给指针变量本身赋值时不能加*。修改上面的语句：

int *p;
p = &a;
*p = 100;

第2行代码中的 p 前面就不能加*。

指针变量也可以出现在普通变量能出现的任何表达式中，例如：

int x, y, *px = &x, *py = &y;
y = *px + 5;  //表示把x的内容加5并赋给y，*px+5相当于(*px)+5
y = ++*px;  //px的内容加上1之后赋给y，++*px相当于++(*px)
y = *px++;  //相当于y=(*px)++
py = px;  //把一个指针的值赋给另一个指针

【示例】通过指针交换两个变量的值。

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 100, b = 999, temp;
    int *pa = &a, *pb = &b;
    printf("a=%d, b=%d
", a, b);
    /*****开始交换*****/
    temp = *pa;  //将a的值先保存起来
    *pa = *pb;  //将b的值交给a
    *pb = temp;  //再将保存起来的a的值交给b
    /*****结束交换*****/
    printf("a=%d, b=%d
", a, b);
    return 0;
}

运行结果：
a=100, b=999
a=999, b=100

从运行结果可以看出，a、b 的值已经发生了交换。需要注意的是临时变量 temp，它的作用特别重要，因为执行*pa = *pb;语句后 a 的值会被 b 的值覆盖，如果不先将 a 的值保存起来以后就找不到了。

关于 * 和 &

假设有一个 int 类型的变量 a，pa 是指向它的指针，那么&a和&pa分别是什么意思呢？

&a可以理解为(&a)，&a表示取变量 a 的地址（等价于 pa），*(&a)表示取这个地址上的数据（等价于 pa），绕来绕去，又回到了原点，&a仍然等价于 a。

&pa可以理解为&(pa)，pa表示取得 pa 指向的数据（等价于 a），&(pa)表示数据的地址（等价于 &a），所以&*pa等价于 pa。

对星号*的总结

在我们目前所学到的语法中，星号*主要有三种用途：

• 表示乘法，例如int a = 3, b = 5, c; c = a * b;，这是最容易理解的。
• 表示定义一个指针变量，以和普通变量区分开，例如int a = 100; int *p = &a;。
• 表示获取指针指向的数据，是一种间接操作，例如int a, b, *p = &a; *p = 100; b = *p;。

一个指针变量包含四个内容：

• 指针的类型
• 指针所指的类型
• 指针的内存区域
• 指针所指的内存区域

指针（Pointer）就是内存的地址，C语言允许用一个变量来存放指针，这种变量称为指针变量。指针变量可以存放基本类型数据的地址，也可以存放数组、函数以及其他指针变量的地址。

程序在运行过程中需要的是数据和指令的地址，变量名、函数名、字符串名和数组名在本质上是一样的，它们都是地址的助记符：在编写代码的过程中，我们认为变量名表示的是数据本身，而函数名、字符串名和数组名表示的是代码块或数据块的首地址；程序被编译和链接后，这些名字都会消失，取而代之的是它们对应的地址。

定义	含义
int *p;	p可以指向int类型的数据，也可以指向类似int arr[n]的数组
int **p;	p为二级指针，指向int * 类型的数据。
int *p[n];	p为指针数组。[]的优先级高于*，所以应该理解为int *(p[n])；
int (*p)[n];	p 为二维数组指针。
int *p()	p是一个函数，它的返回值类型为int *。
int (*p)();	p是一个函数指针，指向原型为int func()的函数。

1. 指针变量可以进行加减运算，例如p++、p+i、p-=i。指针变量的加减运算并不是简单的加上或减去一个整数，而是跟指针指向的数据类型有关。

2. 给指针变量赋值时，要将一份数据的地址赋给它，不能直接赋给一个整数，例如int *p = 1000;是没有意义的，使用过程中一般会导致程序崩溃。

3. 使用指针变量之前一定要初始化，否则就不能确定指针指向哪里，如果它指向的内存没有使用权限，程序就崩溃了。对于暂时没有指向的指针，建议赋值NULL。

4. 两个指针变量可以相减。如果两个指针变量指向同一个数组中的某个元素，那么相减的结果就是两个指针之间相差的元素个数。

5. 数组也是有类型的，数组名的本意是表示一组类型相同的数据。在定义数组时，或者和 sizeof、& 运算符一起使用时数组名才表示整个数组，表达式中的数组名会被转换为一个指向数组的指针。