计算机考研复试之C语言（第八章）

8.1 指针是什么

• 1、存储地址与存储内容
  如下图所示的变量的存储地址和存储内容示意图。其中2000、2004、2008分别为i、j、k的存储地址，而3、6、9分别为其存储内容
  
• 2、访问方式
  • （1）直接访问
    直接按变量名进行的访问，称为直接访问方式。如下图所示：
    
  • （2）间接访问
    将变量i的地址存放在另一个变量中，然后通过该变量来找到变量i的地址，从而访问变量i，如下图所示：
    
• 3、指针和指针变量
  一个变量的地址称为该变量的指针。如果有一个变量专门用来存放另一变量的地址（即指针），则称为指针变量。指针变量是指地址变量，用来存放地址，指针变量的值是地址（即指针）。

8.2 指针变量

• 1、定义指针变量
  类型名 *指针变量名;
  左端的类型名是在定义指针变量时必须指定的基类型，指针变量的基类型用来指定此指针变量可以指向的变量的类型。
• 2、引用指针变量
  • （1）引用指针变量的不同情况
    ①给指针变量赋值；
    ②引用指针变量指向的变量；
    ③引用指针变量的值。
  • （2）&和*的区别
    ①“&”是取地址运算符。&a是变量a的地址；
    ② * 是指针运算符（或称间接访问运算符）,*p代表指针变量p指向的对象。
• 3、指针变量作为函数参数
  函数的参数不仅可以是整型、浮点型、字符型等数据，还可以是指针类型。它的作用是将一个变量的地址传递到另一个函数中。

8.3 通过指针引用数组

• 1、数组元素的指针
  如图8-3所示为数组元素的指针。其中令p=&a[0]，即指针p指向数组首元素的地址。如下图：
  
• 2、在引用数组元素时指针的运算
  当指针指向数组元素的时候，允许对指针进行加和减的运算。
  • （1）运算分类
    ①加一个整数（用+或+=），如p+1。
    ②减一个整数（用-或-=），如p-1。
    ③自加运算，如p++，++p。
    ④自减运算，如p–，--p。
    ⑤两个指针相减，如p1-p2（只有p1和p2都指向同一数组中的元素时才有意义）。
  • （2）详细说明
    ①指针变量p+1或p-1是加上或减去一个数组元素所占用的字节数。
    ②如果p的初值为&a[0]，则p+i和a+i是指数组元素a[i]的地址，如下图所示：
    
    ③*（p+i）或 *（a+i）是p+i或a+i所指向的数组元素，即a[i]。
    ④如果指针变量p1和p2都指向同一数组，则可执行减法计算，如果是p2-p1的值（两个地址之差）除以数组元素的长度。
• 3、通过指针引用数组元素
  引用数组元素的形式：
  ①下标法，如a[i]形式；
  ②指针法，如*（a+i）或* (p+i)。其中a是数组名，p是指向数组元素的指针变量，其初值p=a。
• 4、用数组名作函数参数
  • （1）概述
    当用作数组名作参数时，实参数组名将数组首元素地址传给形参，因此如果形参数组中各元素的值发生变化，实参数组元素的值随之变化。
  • （2）变量名与数组名做函数参数的比较
    下面把用变量名作为函数参数和用数组名作为函数参数做一下比较，如下表所示：
    
• 5、通过指针引用多维数组
  • （1）多维数组元素的地址
    如下图所示是一个多维数组元素地址示意图。其中a代表的是首行（即序号为0的行）的首地址、a+1与a+2分别为序号为1和2的行。
    
    如下图所示，a[0]为序号为0的行的首列元素地址，即& [0][0]，故a[0]＋1为行序号为0、列序号为1的元素地址， 即&a[0][1]，其他以此类推。
    
    二维数组a的有关指针如下表所示：
    
  • （2）指向多维数组元素的指针变量
    ①指向数组元素的指针变量
    如下图所示，现令p＝a[0]，则p指向第0行的首列元素， 而a[2][3]为数组第11个元素（从0开始计数），故可以用p ＋11表示a[2][3]的地址。
    
    ②指向由m个元素组成的一维数组的指针变量
    若让p指向a[0]，即p＝&a[0]，则p＋1指向a[1]，p的增值以 一维数组的长度为单位，如下图所示。
    

8.4 通过指针引用字符串

• 1、字符串的引用方式
  字符串的引用方式有两种：
  ①用字符数组存放一个字符串，可以通过数组名和下标引用字符串中一个字符，也可以通过数组名和格式声明“%s”输出该字符串；
  ②用字符指针变量指向一个字符串常量，通过字符指针变量引用字符串常量。
• 2、字符指针作函数参数
  如果想把一个字符串从一个函数传递到另一个函数，可以用地址传递的办法，即用字符数组名作参数，也可以用字符指针变量作参数。在被调用的函数中可以改变字符串的内容，在主调函数中可以引用改变后的字符串。
• 3、使用字符指针变量和字符数组的比较
  字符指针变量与字符数组存储及运算字符串的区别如下表所示：
  
  说明：
  ①变量值可改变指针变量存储的地址可以改变，而数组名只能是数组的首地址不能改变；
  ②指针引用数组元素的前提是指针指向了数组。

8.5 指向函数的指针

• 1、定义
  如果在程序中定义了一个函数，在编译时，编译系统为函数代码分配一段存储空间，这段存储空间的起始地址（又称入口地址）称为这个函数的指针。

• 2、用函数指针变量调用函数
  如果想调用一个函数，除了可以通过函数名调用以外，还可以通过指向函数的指针变量来调用该函数。

• 3、定义和使用指向函数的指针变量

  • （1）一般形式
    类型名(*指针变量名)(函数参数列表);
  • （2）详细说明
    ①指向函数的指针变量只能指向定义时指定的类型函数，在一个程序中可以先后指向同类型的不同函数。
    ②如果要用指针调用函数，必须先使指针变量指向该函数。
    ③在给函数指针变量赋值时，只须给出函数名而不必给出参数。

• 4、用指向函数的指针作函数参数
  设函数fun的定义为fun(int (*x1)(int),int (*x2)(int,int))，函数f1和f2的定义分别为f1(int x)、f2(int x,int y)，则用指向函数的指针作函数参数为：
  fun(f1,f2);
  此时x1与x2指向函数f1与f2，如下图所示，这样在函数fun中就可以调用f1和f2函数。
  

8.6 返回指针值地函数

一个函数可以返回一个整型值、字符值、实验值等，也可以返回指针型的数据，即地址。其概念与以前类似，只是返回的值地类型是指针类型而已，其一般形式为：
类型名 *函数名(参数列表)；

说明：
在“*函数名”两侧没有括号，即不是表示函数指针，因此“函数名(参数列表)”表示一个函数形式，而“类型名 *”表示该函数返回的指针所指向的类型。

8.7 指针数组和多重指针

• 1、指针数组
  一个数组，若其元素均为指针类型数据，则称为指针数组，即指针数组中的每一个元素都存放一个地址，相当于一个指针变量，其一般形式为：
  类型名 *数组名[数组长度];
  说明：
  在“*数组名”两侧没有括号，即不是表示指向一维数组的指针，因此“数组名[数组长度]”表示一个一维数组，而“类型名 *”表示该一维数组中的元素都为指针，且指向该类型。
• 2、指向指针数据的指针
  指向指针数据的指针变量定义为：
  char **p;
  如下图所示，p指向name数组元素，而数组元素各自指向一个字符串。
  
• 3、指针数组作main函数的形参
  • （1）概述
    C语言程序中main函数也可以有形参，形式为：
    int main(int argc,char *argv[])
    其中argc表示参数个数，而argv表示一个char *指针数组，其中每一个元素指向命令行的一个字符串。
  • （2）命令行
    在操作命令状态下，实参是和执行文件的命令一起给出的，命令行的一般形式为：
    命令名 参数1 参数2…参数n
    其中命令名是可执行文件名（包含main函数），命令行参数应当都是字符串，这些字符串的首地址构成一个指针数组，如下图所示，设命令行为file1 China Beijing。
    

8.8 动态内存分配与指向它的指针变量

• 1、内存的动态分配
  全局变量是分配在内存中的静态存储区的，非静态的局部变量（包括形参）是分配在内存中的动态存储区的，这个存储区是一个称为栈（stack）的区域。
  而C语言还允许建立内存动态分配区域，不必声明和定义，随时需要随时开辟，不需要时随时释放，这个特别的自由存储区称为堆（heap）区。
• 2、怎样建立内存的动态分配
  • （1）malloc函数
    void *malloc(unsigned int size);
    说明：
    此函数返回值是所分配区域的第一个字节的地址，指针的基类型为void，即不指向任何类型的数据，只提供一个地址。如果此函数未能成功地执行（例如内存空间不足），则返回空指针（NULL）。
  • （2）calloc函数
    void *calloc(unsigned n,unsigned size);
    说明：
    其作用是在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间，这个空间一般比较大，足以保存一个数组。
  • （3）free函数
    void free(void *p);
    说明：
    其作用是释放指针变量p所指向的动态空间，使这部分空间能重新被其他变量使用。
  • （4）realloc函数
    void *realloc(void *p,unsigned int size);
    说明：
    如果已经通过malloc函数或calloc函数获得了动态空间，想改变其大小size，可以用realloc函数重新分配。
    以上4个函数的声明在stdlib.h头文件中，在用到这些函数时应当用“#include”指令把stdlib.h头文件包含到程序文件中。
• 3、void指针类型
  C99允许使用基类型为void的指针类型。可以定义一个基类型为void的指针变量（即void *型变量），它不指向任何类型的数据。
  说明：
  不能把“指向void类型”理解为能指向“任何的类型”的数据，在将它的值赋给另一指针变量时由系统对它进行类型转换，使之适合于被赋值的变量的类型。

8.9 各种指针变量类型的总结

各类型的指针变量如下表所示：