C语言进阶：指针进阶
文章目录
-
- 指针进阶
-
-
-
- 字符指针
-
- 字符指针的作用
- 字符指针的特点
- 指针数组
-
- 指针数组的定义
- 指针数组的使用
- 数组指针
-
- 数组指针的定义
-
- &数组名和数组名
- 数组指针的使用
-
- 反面用例
- 正面用例
- Example
- 类型辨别方法
- 数组传参和指针传参
-
- 一维数组传参
- 二维数组传参
- 一级指针传参
- 二级指针传参
- 函数指针
-
- 函数指针的定义
-
- 函数指针的类型
- 函数指针的使用
-
- Example
- 函数指针数组
-
- 函数指针数组的定义
- 函数指针数组的使用
-
- 转移表
- 回调函数
- 指向函数指针数组的指针
-
-
指针进阶
我们在初阶时就已经接触过指针，了解了指针的相关内容，有：
- 指针定义：指针变量，用于存放地址。地址唯一对应一块内存空间。
- 指针大小：固定32位平台下占4个字节，64位8个字节。
- 指针类型：类型决定指针±整数的步长及指针解引用时访问的大小。
- 指针运算：指针解引用，指针±整数，指针-指针，指针关系运算。
本章节在此基础上，对C语言阶段指针进行更深层次的研究。
字符指针
字符指针，存入字符的地址，类型为char *
字符指针的作用
- 指向单个字符变量
char ch = 'w';
const char* pch = &ch;
这种很容易理解，就是指针解引用访问字符变量。
- 指向字符串首字符
char* pc = "hello";
printf("%s\n", pc);
这种是把字符串
"hello"放进指针嘛？其实不然，类似于数组名，该指针存的是常量字符串
"hello"的首字符的地址。通过对指针解引用访问首字符地址，从而找到整个字符串。
char* pc = "hello";
printf("%c\n", *(pc + 1));//e
printf("%s\n", pc);//hello
printf("%s\n", pc + 1);//ello
字符串本质上还是在空间上连续存放，所以指针±整数同样有访问的效果。由此也可以看出
%s的用法，把地址给%s会将其后的内容看作字符串并打印直到\0。（所以我猜测%s的s是string的意思）
字符指针的特点
例题
char str1[] = "hello bit";
char str2[] = "hello bit";
char* str3 = "hello bit";
char* str4 = "hello bit";
if (str1 == str2)
printf("str1 = str2\n");//1
else
printf("str1 != str2\n");//2
if (str3 == str4)
printf("str3 = str4\n");//3
else
printf("str3 != str4\n");//4
str1(3)==str2(4)，比较的是二者其实位置地址是否相同。（地址才是真正判断二者是否相同的要素）
答案是2和3。因为1和2是用字符串初始化数组，3和4是指针指向常量字符串。
- str1和str2是普通的数组，是在内存上开辟了两块空间不过存放了一样的数据。
- str3和str4指向常量字符串，存放在内存的常量区，是不可被修改且具有唯一性即常量区只存放一个。所以str3和str4指向的都是同一个字符串。
常量区的存储特点：存放在常量区的数据不可被修改，正因为不可修改所以存一份就够了。后期如果需要，使用的是同一数据。（数据还是同一个数据，只是用不同的指针维护）
总结
- 常量字符串不可被修改，存放在内存的常量区。
- 具有唯一性即常量区只存放一个。
指针数组
指针数组的定义
int arr[10];//整型数组
char ch[5];//字符数组
float f[20];//浮点型数组
可见，元素类型也就是数组的“类型”。
char* pch[5];
int* parr[10];
float* pf[20];
指针数组就是存放指针的数组。
int arr[10];
int* arr[10];
整型数组的数组名arr，即首元素地址，是一级指针。
指针数组的数组名parr，也是首元素地址，不过其首元素为int*类型变量，所以parr就是二级指针。
指针数组的使用
int arr1[] = { 1,2,3,4,5 };
int arr2[] = { 2,3,4,5,6 };
int arr3[] = { 3,4,5,6,7 };
int* parr[] = { arr1,arr2,arr3 };
for (int i = 0; i < 3; i++) {
for (int j = 0; j < 5; j++) {
//1.
printf("%d ", parr[i][j]);
//2.
printf("%d ", *(*(parr + i) + j));
}
printf("\n");
}
//答案
1 2 3 4 5
2 3 4 5 6
3 4 5 6 7
ps:
parr[i] <==> *(parr+i)
*(parr[i]+j) <==> *(*(parr+i)+j) <==> (*parr+i)[j] <==> parr[i][j]
通过指针数组访问整型数组的每个元素。
parr[i][j]和*(*(parr+i)+j)本质上是等价的。
const char* pch[] = { "abcde", "bcdef", "cdefg" };
for (int i = 0; i < 3; i++) {
//1.
printf("%s", pch[i]);
//2.
printf("%s", *(pch + i));
for (int j = 0; j < 5; j++) {
//3.
printf("%c", pch[i][j]);
//4.
printf("%c", *(*(pch + i) + j));
}
printf("\n");
}
打印字符串使用
%s更简单，若要使用%c，就是得到每个字符串的起始地址，分别向后访问。
从这里也可以看出数组和指针的关系，我愿称之为*和[]的爱恨情仇！
数组指针
由前面的例子，不难得出，数组指针是指向数组的指针，是指针而非数组。
数组指针的定义
char ch = 'w';
char* pch = &ch;//字符地址存放在字符指针中
int a = 10;
int* pint = &a;//整型地址存放在整型指针中
float f = 0.0;
float* pf = &f;//浮点型地址存放在浮点型指针中
什么变量的地址存放在什么指针中。指针指向变量的类型，决定了指针的类型。顾名思义，数组指针指向的是数组。
递推可得，数组的地址存放在数组指针中。且数组指针的类型为数组的类型再加个* 。
下面那种定义方法是对的呢？
int arr[10] = { 0 };
//1.
int* pa = arr;
//2.
&arr;//整个数组的地址
int* parr = &arr;
//3.
int* parr[10] = &arr;
//4.
int(*parr)[10] = &arr;
- 取出的是首元素的地址，而非整个数组的地址
- 整型指针应存放整型变量的地址，数组的地址无法存入整型指针中。
[]的优先级比*高，故parr先与[]结合成数组名，所以parr是个指针数组。
数组指针的类型由数组类型决定，先找出数组的类型int[10]（去掉名就是类型）。且不能让[]先与parr结合，所以用()先将parr和*结合，即成int(*parr)[10]。
C语言规定
[]必须再最后面，所以不可写成int[10](*parr)。
int* parr[10];//指针数组
int(*parr)[10];//数组指针
我们前面强调过，去掉名字就是类型。所以int[10]是整型数组的类型，int*[10]是指针数组的类型，int(*)[10]是数组指针的类型。
&数组名和数组名
之前介绍过不止一遍，所以这次只说重点。
指针类型决定了指针±整数的步长。
//首元素地址+1
printf("%p\n", arr);//0073FCA4
printf("%p\n", arr + 1);//0073FCA8
//整个数组地址+1
printf("%p\n", &arr);//0073FCA4
printf("%p\n", &arr + 1);//0073FCCC
- 首元素地址就是整型指针+1，自然只能向后访问4shou个字节
- 整个数组地址+1，即
int(*)[10]型指针+1，向后访问了 i n t × 10 int×10 int×10即40个字节。
sizeof(arr)也代表整个数组，现在去理解为什么sizeof里数组名代表的是整个数组呢？数组这种结构保存了数组的大小，sizeof求所占空间的长度，那自然要严谨一些了。
数组指针的使用
遍历数组，使用数组或是指针作形参接收就行了。且所谓的用数组接收仅是理解层面，本质上都是指针。
void Print1(int arr[], int sz) {
for (int i = 0; i < sz; i++) {
//printf("%d ", arr[i]);
printf("%d ", *(arr + i));
}
}
void Print2(int* arr, int sz) {
for (int i = 0; i < sz; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
//printf("%d ", *(arr + i));
}
}
int main() {
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
Print1(arr, sz);
Print2(arr, sz);
return 0;
}
反面用例
数组作实参，用数组或指针接收即可。数组指针使用对了很好用，但如果随便用可能会很别扭。下面先介绍强行使用数组指针的用法。
//错误示范
void Print3(int(*pa)[10], int sz) {
for (int i = 0; i < sz; i++) {
//printf("%d ", pa[i]);
printf("%d ", *(pa + i));
}
}
将整个数组地址传过去，则用数组指针接收，然后呢，直接对
pa解引用吗？
结果显然是错误的，从结果中也可以看出打印的是十进制下的地址，+1跳过40个字节。
这里笔者在学习的时候产生了个疑问，传过去数组的地址，为什么解一层引用后还是地址呢？
&arr解引用*后相当于找到首元素的地址，可以理解为&和*相互抵消只剩下arr不就是首元素的地址嘛~
void Print4(int(*pa)[10], int sz) {
for (int i = 0; i < sz; i++) {
printf("%d ", *(*(pa)+j));
}
}
倘若我们把一维数组看作是二维数组第一行。由于二维数组在内存中是连续存放的，我们只打印二维数组的第一行，便可以避免上面的错误。
style=“zoom:80%;” />
*(pa)相当于数组指针所指向数组的数组名。数组指针指向整个数组，将其看作二维数组并解引用得到一行的首元素，从而遍历访问。
正面用例
从上面的例子也可以看出，用数组指针访问二维数组时，效果便不错。
//二维数组传参,用二维数组接收
void Print1(int arr[3][5], int r, int c) {
for (int i = 0; i < r; i++) {
for (int j = 0; j < c; j++) {
//printf("%d ", arr[i][j]);
printf("%d ", *(*(arr + i) + j));
}
printf("\n");
}
}
上面的例子，是正常二维数组传参，二维数组接收的情况。下面我们用数组指针接收。
//二维数组传参,用数组指针接收
void Print2(int(*pa)[5], int r, int c) {
for (int i = 0; i < r; i++) {
for (int j = 0; j < c; j++) {
//1.
printf("%d ", pa[i][j]);
//2.
printf("%d ", *(*(pa + i) + j));
}
printf("\n");
}
}
int main()
{
int arr[3][5] = { 1,2,3,4,5, 2,3,4,5,6, 3,4,5,6,7 };
Print2(arr, 3, 5);//二维数组首元素是首行
return 0;
}
- 把二维数组想象成一个拥有三个元素的一维数组（每个元素也为一维数组），即一维数组的一维数组。
- 由于其每个元素是有5个元素的一维数组，数组指针定义为
int(*p)[5]，指向首行这个“一维数组”。（传参穿的是数组名） - 第一层循环用于“跳行”，即每次跳过5个元素。第二层循环遍历每行“一维数组”。
- 用二维数组和数组指针接收的都是首行地址。
- 数组指针的类型
int(*)[5]，和二维数组首元素地址的类型相同。
故可得，二维数组首元素地址和数组指针是等价的，即数组指针pa就是数组名。
二维数组首元素为其首行，相当于一个一维数组，该一维数组的地址类型为int(*)[5]。且实参为二维数组名，降级为指向首行的指针，所以它是数组指针，类型为int(*)[5]。
数组指针指向二维数组，才是使用数组指针的正确示范。
Example
下列示例分别是什么？
//1.
int arr[5];
//2.
int *pa1[5];
//3.
int (*pa2)[10];
//4.
int (*pa3[10])[5];
- 整型数组
- 存放整型指针的数组
*靠左靠右无所谓，pa1先和[]结合为数组，剩下int*为数组元素类型。
- 指向整型数组的指针
(*pa2)，*先和pa2结合为指针，剩下int[10]，指向的是元素个数为10的整型数组。
- 存放数组指针的数组
pa3先和[10]结合为数组，剩下int(*)[5]是指向数组的指针为数组的元素。所以是个元素个数为10的数组指针数组。逆向思考，有整型数组
arr[5]和指向该数组的类型为int(*)[5]的数组指针，还有数组指针数组pa3[10]用于存放该数组指针。
类型辨别方法
- 若名称先和
[]结合为数组，只去掉数组名就是数组类型，去掉[n]和数组名便是其元素的类型。 - 若名称先和
*结合为指针，只去掉指针名就是指针类型，去掉*和指针名便是指向的变量的类型。
数组传参和指针传参
实践之中不免会碰到数组和指针作函数参数而如何设计形参的问题。
一维数组传参
一维数组传参，下列接收方式是否可行呢？
//1.
void test(int arr[])
{}
//2.
void test(int arr[10])
{}
//3.
void test(int* arr)
{}
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
test(arr);
return 0;
}
-
数组传参数组接收，可行但其实都会降级优化成指针，编译器不会真正创建一个数组。
-
由于形参数组形同虚设，所以数组大小无意义，任意大小或无。（有歧义）
-
数组传参本质就是首元素地址，首元素类型为
int，所以指针的类型为int*。
所以可以看出
[]和*()是等价的。我愿称之为*和[]的爱恨情仇！（‐＾▽＾‐）
//1.
void test2(int* arr[2])
{}
//2.
void test2(int** arr)
{}
int main()
{
int* arr2[10] = { 0 };
test2(arr2);
return 0;
}
指针数组，每个元素类型为int*，故用二级指针接收数组名。
一维数组传参，数组和指针接收。
二维数组传参
//1.
void test(int arr[3][5])
{}
//2.
void test(int arr[][])
{}
//3.
void test(int arr[][5])
{}
int main() {
int arr[3][5] = { 0 };
test(arr);
}
- 二维数组传参用二维数组接收，行可省略，但列不可以。
//4.
void test(int* arr)
{}
//5.
void test(int* arr[5])
{}
//6.
void test(int(*arr)[5])
{}
//7.
void test(int** arr)
{}
int main() {
int arr[3][5] = { 0 };
test(arr);
}
- 整型指针接收的应该是整型变量的地址，而二维数组数组名为首行的数组地址。
- 指针数组和二维数组无关。
- 二维数组传参用首行数组大小的数组指针接收。
- 二级指针和二维数组无关。
- 二维数组数组名
arr为首行“一维数组”的地址，数组的地址用数组指针接收。
int(*)[5]型数组指针指向元素个数为5的一维数组。指针+1访问到下一行，每次跳一行。再解一层引用访问一行里每个元素。
一级指针传参
反向思考，若函数形参为指针，传参时实参可以如何设计呢？
void test(int* ptr, int sz)
{}
void test(int arr[],int sz)
{}
int main()
{
//1.
int a = 10;
test(&a);
//2.
int arr[10] = { 0 };
test(arr);
return 0;
}
- 一级指针传参，形参用指针和数组都行，但不提倡用一维数组。
- 若形参为指针，实参也可以是指针（地址），也可以是数组。
二级指针传参
当二级指针作参数时，形参如何设计呢？
void test(int** pp) {
printf("%d\n", **pp);
}
void test(int* arr[]) {//用法不好
printf("%d\n", *arr[0]);
}
int main() {
int a = 10;
int* p = &a;
int** pp = &p;
test(pp);
return 0;
}
- 当二级指针作函数参数时，形参可以是二级指针和指针数组。
当形参为二级指针，实参可以传什么呢？
void test(int** pp) {
printf("%d\n", **pp);
}
int main() {
int a = 10;
int* p = &a;
int** pp = &p;
int* arr[10] = { &a };
//1.
test(&p);
//2.
test(pp);
//3.
test(arr);
return 0;
}
- 当形参为二级指针时，实参可以是：二级指针（一级指针地址），指针数组首元素的地址。
函数指针
函数指针的定义
整型指针存放整型的地址；数组指针存放数组的地址；那么类比可得，函数指针存放函数的地址。
显然，函数指针指向函数，存放函数的地址。搞懂函数指针，先了解函数的地址。
" />
&函数名或函数名代表函数地址，与&数组名和数组名略有不同，&函数名和函数名完全一致。
函数的地址必然要放到函数指针里，函数指针的类型该如何写呢？（以Add函数为例）
//整型指针
int* pa = &a;
//字符指针
char* pc = &ch;
//数组指针
int(*pa)[10] = &arr;
//函数指针 - 存放函数地址
int(*pf)(int, int) = &Add;
函数指针的类型
int Add(int x, int y);
//1.
int(*pf)(int, int) = &Add;
//2.
int *pf(int, int) = &Add;
倘若，去掉括号
int* pf(int, int)，pf就变成函数名，返回类型是int*。所以指针必须带括号。
前文已交代，指针，去掉指针名和*就是指针所指向的变量类型。
- 整型指针，去掉
*和指针名，即为整型变量类型int。字符指针，为字符类型char。数组指针，去掉后为数组类型int[10]。 - 函数指针，去掉
*和指针名，即为函数的类型int(int,int)。
总结
- 去掉指针名
pf，即为指针类型int(*)(int, int) - 去掉指针名
pf和*，即为指针所指向的函数类型为int(int, int)
函数指针的使用
计算机硬件程序经常通过调用地址的方式来调用函数，因此需要使用函数指针调用函数。
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
//1.
int(*pf)(int, int) = &Add;//函数指针指向Add函数
//2.
int(*pf)(int, int) = Add;
//1.
int ret = (*pf)(2, 3);
//2.
int ret = pf(2, 3);
printf("%d\n", ret);
return 0;
}
前面已经交代，&函数名和函数名都是函数的地址，完全等价。所以两种初始化函数指针的方式都可以。
既然函数名Add可以直接赋值给函数指针pf，说明二者等价。函数指针名pf不解引用也可以使用，*在此处形同虚设，甚至于不写或写多个都并无大碍，仅为理解。
既然函数名也是函数地址，所以对其解引用也是可以的。我们甚至可以这样写，但仅限娱乐，没有必要。
Add(2, 3);//1
(*Add)(2, 3);//2
(*&Add)(2, 3);//3
Example
解释下列代码
//1.
(*(void(*)())0)();
//2.
void (*signal(int, void(*)(int)))(int);
-
void(*)()是函数指针类型，放在( )0中，也就是把0强制转换成地址，该地址处存放一个函数其类型为void(*)(void)。 -
这样
(void(*)())0就变成了指针，指向该地址的函数，且对其解引用访问此函数。 -
(*(void(*)())0)也相当于(*pf)，通过函数指针解引用代替函数名，函数名后面带上();，相当于(*pf)();也就是一次不传参的函数调用。
signal先和()结合，说明signal为函数名，其后(int, void(*)(int))，为其参数列表。- 去掉函数名称和参数列表，剩下的
void(*)(int)就是返回类型，所以是一次函数声明。
void (* signal(int, void(*)(int)) ) (int);
typedef void(* pf_t)(int);//typedef简化代码
pf_t signal(int, pf_t);
函数指针数组
//整型数组 - 存放整型变量
int arr[10];
//字符数组 - 存放字符变量
char ch[5];
//指针数组 - 存放指针变量
int* arr[10];
//函数指针数组 - 存放函数指针
int(*pfar[10])(int, int);
指针数组存放指针变量，函数指针数组存放函数指针，故元素类型为函数指针类型。
函数指针数组的定义
int Add(int x, int y) {//int(*)(int,int)
return x + y;
}
int Sub(int x, int y) {//int(*)(int,int)
return x - y;
}
int Mul(int x, int y) {//int(*)(int,int)
return x * y;
}
int Div(int x, int y) {//int(*)(int,int)
return x / y;
}
int main() {
//函数指针数组 - pfArr
int(*pfArr[4])(int, int) = { Add,Sub,Mul,Div };
return 0;
}
类型相同的函数，存放在同一个函数指针数组中。一般功能相似的函数，其类型也相同。
函数指针数组的使用
利用函数指针数组实现计算器，以简化调用过程。
转移表
//计算器实现1.0
void menu() {
printf("**********************************\n");
printf("***** 1.Add ****** 2.Sub *****\n");
printf("***** 3.Mul ****** 4.Div *****\n");
printf("************ 0.exit ************\n");
printf("**********************************\n");
}
int main() {
int (*pfArr[10]) (int, int) = { 0,Add,Sub,Mul,Div };//数组下标和选项序号匹配
int input = 0;
int a = 0;
int b = 0;
do {
menu();
printf("请选择:>");
scanf("%d", &input);
if (0 <= input && input <= 4) {
if (input == 0) {
printf("退出游戏\n");
break;
}
else {
printf("请输入操作数\n");
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("ret == %d\n", pfArr[input](a, b));
break;
}
}
else {
printf("输入错误\n");
break;
}
} while (input);
return 0;
}
函数指针数组实现不同选择情况下，通过函数地址“跳转”到不同的函数的功能。
这样的函数指针数组成为转移表。（跳转功能）
回调函数
若不想舍弃switch语句，还可以这样简化代码3.0，代价为创建全局变量。若不想创建全局变量，可以使用2.0
/******
* 计算器实现
* 2.0
******/
void Calc(int (*pf)(int,int)) {
int a = 0;
int b = 0;
printf("请输入操作数:>");
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("%d\n", pf(a, b));
}
int main() {
int input = 0;
do {
menu();
printf("请选择:>");
scanf("%d", &input);
switch (input) {
case 0:
printf("退出成功\n");
break;
case 1:
Calc(Add);
break;
case 2:
Calc(Sub);
break;
case 3:
Calc(Mul);
break;
case 4:
Calc(Div);
break;
default:
printf("请重新选择\n");
break;
}
} while (input);
return 0;
}
/******
* 计算器实现
* 3.0
******/
int (*pfArr[10])(int, int) = { 0,Add,Sub,Mul,Div };
int input = 0;
void Call() {
int a = 0;
int b = 0;
printf("请输入操作数:>");
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("%d\n", pfArr[input](a, b));
}
int main() {
do {
menu();
printf("请选择:>");
scanf("%d", &input);
switch (input) {
case 0:
printf("退出成功\n");
break;
case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
Call();
break;
default:
printf("请重新选择\n");
break;
}
} while (input);
return 0;
}
如下图所示，被通过函数指针调用的函数叫做回调函数，回调函数即使第三方调用调用函数的参数也在其中被调用。
若想在调用函数中随条件变化而调用不同的函数，就必须使用回调函数的方法：调用函数中使用函数指针，指向不同函数。回调函数在大型工程中显得非常方便。
指向函数指针数组的指针
int arr[10];
int(*parr)[10] = &arr;//整型数组指针
char(*pch)[10] = &ch;//字符数组指针
//指向整型数组指针的指针
int(*(*pparr))[10] = &parr;
//指向字符数组指针的指针
char(*(*ppch))[10] = &pch;
//函数1.
int Add(int x, int y) {
return x + y;
}
//函数指针2.
int (*pf)(int, int) = Add;
//函数指针数组3.
int (*pfArr[10])(int, int) = { Add };
//指向函数指针数组的指针4.
int(*(*ppfArr)[10])(int, int) = &pfArr;
前面已经交代，指针去掉
*号和指针名，就是指向的变量类型；去掉指针名就是指针的类型。反过来，定义数组指针，需要得到指针所指向的数组的类型。1.先写出指针名，在其前面加
*；2.写出数组的类型int()[10]
定义指向函数指针数组的指针，依次写出如下内容：
- 函数 —— 得到函数类型：
int(int, int) - 函数指针 —— 得到函数指针类型：
int(*)(int, int) - 函数指针数组 —— 得到函数指针数组的类型：
int(*[10])(int, int) - 指向函数指针数组的指针
从后往前看，指向函数指针数组的指针去掉*和指针名就是函数指针数组的类型，函数指针数组去掉*和指针名就是函数指针类型，函数指针去掉*和指针名就是函数类型。
在研究下去就没有必要了，指针放在数组里，数组被指针所指向……
由于篇幅过长，后续回调函数和指针数组面试题解析放在指针进阶2。