高級語言程序設計-從C到C++(第二版)課件：指針

7.1指針的概念7.2指針變量7.3指針與一維數(shù)組7.4指針與多維數(shù)組7.5指針與字符串7.1指針的概念程序中的每條指令或數(shù)據(jù)都需要存放在計算機的存儲器中，在編譯或運行程序的過程中為它們分配內(nèi)存單元。內(nèi)存單元以字節(jié)為單位，每一個字節(jié)對應一個地址。對象(如變量、數(shù)組、函數(shù)等)的地址是指該對象所占存儲單元的首個字節(jié)的編號，而對象名作為一個標識符，是用來標注該對象的。標識符的使用是為了方便程序的編寫。系統(tǒng)在引用對象時，是通過地址找到該對象，再根據(jù)對象的類型在相應長度的存儲單元中存取數(shù)據(jù)。由于通過地址可以找到相應的對象，即地址指向該對象，因此地址也被稱為“指針”。換句話說，指針就是地址。對象的指針就是該對象所在存儲單元的首字節(jié)地址。7.2指針變量指針變量是專門用來存放地址的變量。通過指針變量來存放某一特定變量的地址，可以建立指針變量與其指向變量之間的關聯(lián)。為了表示指針變量和它所指向的變量之間的聯(lián)系，在程序中使用指針運算符“*”表示“指向”。變量名與變量的地址之間存在映射關系。在程序設計過程中，為了方便對變量的引用而使用變量名；在程序運行過程中，系統(tǒng)對變量的訪問使用的是地址；程序經(jīng)過編譯后，變量名會轉(zhuǎn)換為變量的地址。通過變量名訪問變量的方式稱為“直接訪問”。之前我們一直都是使用“直接訪問”的方式引用變量的。指針變量可以用來存放某一特定變量的地址。通過指針變量獲取地址從而訪問該地址所對應的變量，稱為“間接訪問”，如圖7-1所示。圖中的箭頭表示“指向”關系。int型變量a的值為5，a的地址為2000；現(xiàn)定義指向int型變量的指針變量p，用于存放int型變量a的地址，即p=&a，值為2000；而*p就表示指針變量p所指向的int型變量a，即*p=a。在通過指針實現(xiàn)對變量的間接訪問時，系統(tǒng)首先根據(jù)存放于變量p中的地址2000，找到變量a所在存儲單元的起始位置，并根據(jù)int型數(shù)據(jù)所占空間大小，將從地址2000開始到2003結(jié)束的4個字節(jié)存儲單元中的數(shù)據(jù)取出，即整數(shù)5。通過“間接訪問”的方式引用變量，可以大大提高程序的執(zhí)行效率并使程序更加簡潔。在深入介紹指針之前，我們先理順以下幾個概念：(1)地址：內(nèi)存中存儲單元的編號。

(2)變量：內(nèi)存中某個特定的存儲單元。(3)變量的地址：某一變量所在的存儲單元的地址編號。

(4)變量的名稱：為該存儲單元所定義的名稱，便于程序設計。(5)變量的值：存放在特定存儲單元中的數(shù)據(jù)。(6)指針：地址。(7)變量的指針：變量的地址。(8)指針變量：存放地址的變量。(9)指向變量的指針變量：存放某個特定變量地址的指針變量，通過該指針變量可以指向特定的變量。7.2.1指針變量的定義指針變量是專門用來存放地址的變量，變量的類型為“指針”類型。定義指針變量的基本格式為“指針變量名”是定義的指針變量的標識符。“*”是類型符，與“char”、“int”、“float”的作用相同，表示定義的變量為指針類型。“類型”用于聲明定義的指針變量所指向的變量的類型。7.2.2指針變量的賦值定義指針變量后，如果沒有對其賦值，那么該指針變量的值是不確定的，即不能確定指針變量中當前存放的是哪個內(nèi)存單元的地址。此時如果盲目訪問，可能會破壞內(nèi)存中原有的重要數(shù)據(jù)或程序代碼。因此，對于指針變量，應該先賦值、再引用。使用指針變量存放內(nèi)存中任意一個地址是沒有意義并且危險的。雖然地址是以整數(shù)形式表示的，但不要將一個整數(shù)賦值給指針變量，因為并不清楚該整數(shù)表示的地址中存放的是什么數(shù)據(jù)。正確的方法是用一個已知存在的變量地址為指針變量賦值。7.2.3指針變量的引用C語言標準提供了兩種運算符來引用指針：(1)“&”，取地址運算符，如“&a”為變量a的地址。(2)“*”，指針運算符，如“*p”為指針變量p所指向的變量。7.2.4指針變量的運算指針變量的算術(shù)運算其實就是地址的算術(shù)運算。C語言允許指針與一個整數(shù)進行加減運算，以實現(xiàn)移動指針的目的。以“inta=1,*p=&a;(設a的地址為2004)”為例，通過之前的學習，我們已經(jīng)知道：指針變量p存儲的是變量a的地址，即p=&a，值為2004。*p表示指針變量p所指向的變量a，即?*p=a，值為1。(1)“&”和“*”同為單目運算符，優(yōu)先級相同，結(jié)合性自右向左，所以，&*p表示指針p所指向的變量的地址，即&*p=&(*p)=&a，值為2004。而?*&a表示變量a的地址所指向的變量，即?*&a=*(&a)=*p，值為1。(2)指針變量可以作自增自減運算，++p或p++，表示p的值加1。由于p存放的是地址，所以此處的加“1”表示移動一個基類型的數(shù)據(jù)長度單位；由于變量p的基類型是int類型，數(shù)據(jù)長度單位為4個字節(jié)，所以當?++p或p++?作為一個獨立、完整的表達式時，其存儲的地址均更新為2004?+?4?=?2008。(3)指針所指向的變量作自增自減運算，--(*p)?或?(*p)--，表示指針p所指向的變量的值減1，由于變量a的值為1，所以，當?--(*p)或(*p)--?作為一個獨立、完整的表達式時，其指向的變量a的值均為1-1?=?0。(4)自增自減運算符“++”、“--”和“*”同為單目運算符，優(yōu)先級相同，結(jié)合性都是自右向左，所以在兩種運算符同時使用的場合，為避免混淆，應使用括號進行區(qū)分。(5)針對指針變量的加減運算，應確認在運算后該指針變量的指向關系，避免運算后指向未知的內(nèi)存空間。7.2.5使用指針變量作函數(shù)參數(shù)使用基本類型變量作函數(shù)參數(shù)是“單向的值傳遞”，形參的值在被調(diào)函數(shù)中發(fā)生改變，不會影響到主調(diào)函數(shù)中的實參。并且，當主調(diào)函數(shù)需要獲取被調(diào)函數(shù)的運行結(jié)果時，必須使用return語句，而每調(diào)用一次被調(diào)函數(shù)，只能執(zhí)行一條return語句，并且每條return語句只能返回一個值。使用指向變量的指針作函數(shù)實參，將主調(diào)函數(shù)中實參的地址傳遞給形參，則形參與實參共用該實參變量所指向的內(nèi)存空間。在被調(diào)函數(shù)中改變形參所指向的變量的值，實際上就是改變主調(diào)函數(shù)中實參變量所指向的變量的值。所以，從這個角度來看，“指針傳遞”帶來的影響是“雙向的”。同時，可以看出，主調(diào)函數(shù)中變量值的改變，并不需要通過執(zhí)行return語句來實現(xiàn)。這種方式，又叫做地址傳遞(傳地址)或者引用傳遞(傳引用)。主函數(shù)在調(diào)用square函數(shù)時，將實參的地址傳遞給square函數(shù)的形參，建立了形參到實參的指向關系，可以認為該指向關系的建立是通過“int*n=&inumber;”形式實現(xiàn)的。square函數(shù)中對指針變量n所做的處理由于指向關系的存在，實際修改的是主函數(shù)中變量inumber的值。square函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，形參到實參的指向關系結(jié)束。7.3指針與一維數(shù)組指針既然可以指向變量，當然也可以指向數(shù)組元素。數(shù)組是同類型數(shù)據(jù)的有序集合，數(shù)組名就是數(shù)組的首元素的地址。通過對指向數(shù)組元素的指針做加減運算，可以很方便地獲取數(shù)組中任意一個元素的地址。指針做加減運算的特點，使得指針特別適合處理像數(shù)組這樣存儲在連續(xù)內(nèi)存空間中的數(shù)據(jù)。對數(shù)組元素的引用，可以使用下標來實現(xiàn)，也可以借助指針來實現(xiàn)，即通過指向數(shù)組元素的指針找到需要引用的元素。使用指針訪問數(shù)組元素，能使目標程序所占內(nèi)存更少，運行速度更快。7.3.1指向數(shù)組元素的指針為了實現(xiàn)借助指針引用數(shù)組元素，通常將數(shù)組的首元素的地址賦值給與數(shù)組類型相同的指針變量，建立指針變量到該數(shù)組首元素的指向關系，并通過執(zhí)行指針的加減運算，將指針指向數(shù)組中的各個元素，其關系如圖7-2所示。 將數(shù)組名賦值給指針變量：將數(shù)組首個元素的地址賦值給指針變量：以圖7-2為例，當指針p指向數(shù)組a的首字節(jié)地址時，則建立如下的等價關系：同樣以圖7-2為例，若指針p指向數(shù)組a的第i個元素，則得到如下的等價關系：其中，指針變量結(jié)合自增或自減運算符，可以使指針自動向后或向前移動，直接指向下一個或上一個數(shù)組元素，而不必每次都重新計算地址。這種有規(guī)律地改變地址值的做法可以大大提高程序的執(zhí)行效率。但是需要注意對數(shù)組元素的引用不能越界。在引用數(shù)組元素時，可以使用兩種方法：下標法和指針法。7.3.2指向數(shù)組元素的指針作函數(shù)參數(shù)將指向數(shù)組元素的指針作為實參傳遞給被調(diào)函數(shù)的形參，可以在被調(diào)函數(shù)中通過形參指針直接改變主調(diào)函數(shù)中的數(shù)組元素。實參可以是數(shù)組名，也可以是指向數(shù)組元素的指針變量；形參需要接收數(shù)組元素的地址，所以必須是指針變量且其類型與數(shù)組的類型一致?！纠?.8】通過指針傳遞，在被調(diào)函數(shù)中將數(shù)組元素的值翻倍。運行結(jié)果：在main函數(shù)中定義指針變量pm，并使用數(shù)組a的地址對指針變量pm進行了初始化，建立指針pm到數(shù)組a的首元素的指向關系。對數(shù)組元素的存取采用了指針方式，即“*(pm++)”，當然也可以采用下標法“a[i]”，或者“*(a+i)”和“*(pm+i)”的指針形式，但不能寫成“*(a++)”的形式，因為a是指針常量。在調(diào)用change函數(shù)前，以“*(pm++)”方式通過循環(huán)結(jié)構(gòu)逐一輸出數(shù)組元素，在結(jié)束循環(huán)之后，指針pm已經(jīng)越過了數(shù)組的界限而指向其后的4字節(jié)存儲單元；此時應將pm重新賦值為數(shù)組a的首元素地址，讓指針pm再次指向數(shù)組a，以保證在此之后，使用指針傳遞正確的地址。在調(diào)用change函數(shù)時，將元素個數(shù)和數(shù)組地址分別傳遞給了change函數(shù)的形參變量n和形參指針pc，表達式“change(4,pm)”可以改寫為“change(4,a)”、“change(4,&a[0])”。在change函數(shù)中執(zhí)行循環(huán)語句，先將指針pc所指向的變量的值更新為原值的2倍，再通過pc的自增，將指針指向下一個元素。表達式“*pc++”表示先引用指針pc所指向的變量，再對pc(地址)的值自增，而不是直接對?*pc(指向的變量)的值自增。在change函數(shù)中并沒有通過return語句向main函數(shù)返回數(shù)據(jù)，但由于在函數(shù)調(diào)用時，傳遞的是數(shù)組地址，因此在change函數(shù)中通過改變形參指針直接影響了main函數(shù)中的數(shù)組元素。7.4指針與多維數(shù)組多維數(shù)組也是同一類型數(shù)據(jù)的有序集合，其存儲形式與一維數(shù)組的存儲形式相同，即所有元素按順序占用一段連續(xù)的內(nèi)存空間。通過前面的介紹，我們已掌握通過指針引用一維數(shù)組元素的方法。本節(jié)以二維數(shù)組為例，介紹通過指針引用多維數(shù)組元素的方法。7.4.1通過指針引用二維數(shù)組元素通過對指向數(shù)組元素的指針做加減運算，可以很方便地存取一維數(shù)組中任意一個元素。二維數(shù)組的存儲形式與一維數(shù)組的存儲形式相同，也是將所有的元素按順序存放在一段連續(xù)的內(nèi)存空間中，所以也可以建立指針與二維數(shù)組的關系，以便引用二維數(shù)組元素?！纠?.11】使用指針引用二維數(shù)組元素。運行結(jié)果：程序中定義了一個類型為int型的指針變量p，并使用數(shù)組名a初始化，建立指針p到二維數(shù)組的指向關系。由于二維數(shù)組在內(nèi)存中的存儲是行優(yōu)先，即按行的順序連續(xù)存儲，“inta[3][4]”表示二維數(shù)組a有3行，每行有4個元素，共有12(3行?×?4列)個元素。程序中以變量i表示元素的行下標、變量j表示元素的列下標，則有表達式“(p+i*4+j)”表示在二維數(shù)組第i行上的第j個元素的地址，輸出參數(shù)“*(p+i*4+j)”即表示該地址所指向的元素。在循環(huán)語句的控制下，指針p從指向二維數(shù)組a的首個元素開始，按照存儲順序，逐一指向數(shù)組中的各個元素。當然如果把二維數(shù)組當作一維數(shù)組來處理，程序中的循環(huán)語句也可以改為7.4.2指向數(shù)組的指針嚴格來說，C語言并沒有“多維數(shù)組”這一概念，程序設計人員所說的“多維數(shù)組”，C語言將其描述為“數(shù)組的數(shù)組”。因此，對于多維數(shù)組，C語言并不像處理一維數(shù)組那樣，簡單地將其轉(zhuǎn)換為指向同類型變量的指針，而是將其轉(zhuǎn)換為指向同類型數(shù)組的指針。數(shù)組是一個可以遞歸的概念：任何維數(shù)的數(shù)組都可以看作由比它少一維的數(shù)組作為元素組成的“一維”數(shù)組。C語言總是將多維數(shù)組轉(zhuǎn)換成一維數(shù)組來處理的，如果該一維數(shù)組的元素又是一個一維數(shù)組或多維數(shù)組，則根據(jù)遞歸定義，再次轉(zhuǎn)換，直到轉(zhuǎn)換后的一維數(shù)組元素為基本類型變量為止。這就是C語言描述的“數(shù)組的數(shù)組”的含義。C語言在處理一維數(shù)組時，將其轉(zhuǎn)換為指向同類型變量的指針。在處理多維數(shù)組時，將其轉(zhuǎn)換為指向同類型數(shù)組的指針。7.4.3指向數(shù)組的指針作函數(shù)參數(shù)只要能保證引用表達式的正確，無論是通過指向數(shù)組元素的指針還是通過指向數(shù)組的指針，都可以引用二維數(shù)組元素。然而，使用指向數(shù)組的指針引用二維數(shù)組元素，能夠更加便捷地訪問二維數(shù)組中特定一行的數(shù)據(jù)，并且在語義上更能體現(xiàn)程序設計的思想。7.5指針與字符串類型為char型的指針變量，也稱為字符指針。字符指針可以指向一個字符變量，也可以指向一個字符數(shù)組。C語言沒有字符串數(shù)據(jù)類型，而是將字符串作為字符數(shù)組來處理，以“\0”作為字符串的結(jié)束標記。對于通過指針引用字符和字符數(shù)組，與前面的內(nèi)容并無區(qū)別。7.5.1字符串的引用形式在引用一個字符串時，可以采用以下兩種方式：(1)定義一個字符數(shù)組，將字符串存入該數(shù)組。使用字符串常量初始化字符數(shù)組，從數(shù)組的首地址開始，依次將字符串中的字符逐一寫入存儲單元，并自動存入一個“\0”作為結(jié)束符。對于該字符串的引用，可以采用數(shù)組的下標，也可以使用%s控制符讀取。(2)定義一個字符指針，建立對字符串常量的指向關系。通過定義一個字符指針并以字符串常量對該指針進行初始化，建立了指向關系。這個指向關系的建立，是通過把字符串的首元素賦值給了類型為char型的指針變量string來實現(xiàn)的，因此可以通過該指針變量逐一存取字符串，當然也可以通過%s控制符讀取。7.5.2指向字符串的指針在使用字符指針引用字符串時，需注意以下幾個問題：(1)字符指針對字符串的引用。定義字符指針時可以使用字符串進行初始化；定義字符指針后，使用字符串首字符的地址為字符指針賦值，從而建立指向關系。在指向關系的建立過程中，系統(tǒng)并不是用字符串“hello