手撕C语言进阶---指针(干货满满！值得收藏！！)
指针的主题，我们在初级阶段的《指针》章节已经接触过了，我们知道了指针的概念：
- 指针就是个变量，用来存放地址，地址唯一标识一块内存空间。
- 指针的大小是固定的4/8个字节（32位平台/64位平台）。
- 指针是有类型，指针的类型决定了指针的+-整数的步长，指针解引用操作的时候的权限。
- 指针的运算。
这个章节，我们继续探讨指针的高级主题
目录
字符指针
指针数组
数组指针
数组指针的定义
&数组名VS数组名
数组指针的使用
数组参数、指针参数
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
函数指针的使用
函数指针数组
函数指针数组的使用
指向函数指针数组的指针
回调函数
字符指针
在指针的类型中我们知道有一种指针类型为字符指针 char* ;
一般使用:
int main()
{
char ch = 'w';
char *pc = &ch;
*pc = 'w';
return 0;
}还有一种使用方式如下：
int main()
{
char* pstr = "hello world!";//这里是把一个字符串放到pstr指针变量里了吗？
printf("%s\n", pstr);
return 0;
}代码 char* pstr = "hello bit."; 特别容易让同学以为是把字符串 hello bit 放到字符指针 pstr 里
了，但是本质是把字符串 hello bit. 首字符的地址放到了pstr中。
上面代码的意思是把一个常量字符串的首字符 h 的地址存放到指针变量 pstr 中。
那就有可这样的面试题：
#include
int main()
{
char str1[] = "hello bit.";
char str2[] = "hello bit.";
char *str3 = "hello bit.";
char *str4 = "hello bit.";
if(str1 ==str2)
printf("str1 and str2 are same\n");
else
printf("str1 and str2 are not same\n");
if(str3 ==str4)
printf("str3 and str4 are same\n");
else
printf("str3 and str4 are not same\n");
return 0;
} 这里最终输出的是：
这里str3和str4指向的是一个同一个常量字符串。C/C++会把常量字符串存储到单独的一个内存区域，当几个指针。指向同一个字符串的时候，他们实际会指向同一块内存。但是用相同的常量字符串去初始化不同的数组的时候就会开辟出不同的内存块。所以str1和str2不同，str3和str4不同。
指针数组
在C语言初阶中我们也学了指针数组，指针数组是一个存放指针的数组。
这里我们再复习一下，下面指针数组是什么意思？
int* arr1[10]; //整形指针的数组
char *arr2[4]; //一级字符指针的数组
char **arr3[5];//二级字符指针的数组
数组指针
数组指针的定义
数组指针是指针？还是数组？
答案是：指针。
我们已经熟悉： 整形指针： int * pint; 能够指向整形数据的指针。 浮点型指针： float * pf; 能够
指向浮点型数据的指针。
那数组指针应该是：能够指向数组的指针。
下面代码哪个是数组指针？
int *p1[10];
int (*p2)[10];
//p1, p2分别是什么？
解释：
int (*p)[10];
//解释：p先和*结合，说明p是一个指针变量，然后指着指向的是一个大小为10个整型的数组。所以p是一个指针，指向一个数组，叫数组指针。
//这里要注意：[]的优先级要高于*号的，所以必须加上（）来保证p先和*结合。
&数组名VS数组名
这也是一个老生常谈的问题了，温故而知新，这里我们再来学习一下 。
对于下面的数组：
int arr[10];
arr 和 &arr 分别是啥？
我们知道arr是数组名，数组名表示数组首元素的地址。
那&arr数组名到底是啥？
我们看一段代码：
#include
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
printf("%p\n", arr);
printf("%p\n", &arr);
return 0;
} 运行结果如下：
可见数组名和&数组名打印的地址是一样的。
难道两个是一样的吗？
我们再看一段代码：
#include
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
printf("arr = %p\n", arr);
printf("&arr= %p\n", &arr);
printf("arr+1 = %p\n", arr+1);
printf("&arr+1= %p\n", &arr+1);
return 0;
} 
根据上面的代码我们发现，其实&arr和arr，虽然值是一样的，但是意义应该不一样的。
实际上： &arr 表示的是数组的地址，而不是数组首元素的地址。（细细体会一下）
数组的地址+1，跳过整个数组的大小，所以 &arr+1 相对于 &arr 的差值是40。
数组指针的使用
那数组指针是怎么使用的呢？
既然数组指针指向的是数组，那数组指针中存放的应该是数组的地址。
看代码：
#include
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
int (*p)[10] = &arr;//把数组arr的地址赋值给数组指针变量p
//但是我们一般很少这样写代码
return 0;
} 一个数组指针的使用：
#include
void print_arr1(int arr[3][5], int row, int col)
{
int i = 0;
int j = 0;
for (i = 0; i < row; i++)
{
for (j = 0; j < col; j++)
{
printf("%d ", arr[i][j]);
}
printf("\n");
}
}
void print_arr2(int(*arr)[5], int row, int col)
{
int i = 0;
int j = 0;
for (i = 0; i < row; i++)
{
for (j = 0; j < col; j++)
{
printf("%d ", arr[i][j]);
}
printf("\n");
}
}
int main()
{
int arr[3][5] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
print_arr1(arr, 3, 5);
//数组名arr，表示首元素的地址
//但是二维数组的首元素是二维数组的第一行
//所以这里传递的arr，其实相当于第一行的地址，是一维数组的地址
//可以数组指针来接收
print_arr2(arr, 3, 5);
return 0;
} 学了指针数组和数组指针我们来一起回顾并看看下面代码的意思：
int arr[5];//数组
int *parr1[10];//指针数组
int (*parr2)[10];//数组指针
int (*parr3[10])[5];//二维数组的指针数组
数组参数、指针参数
在写代码的时候难免要把【数组】或者【指针】传给函数，那函数的参数该如何设计呢？
一维数组传参
#include
void test(int arr[])//ok? 传数组名，用数组接收，没有问题，数组元素个数可省略
{}
void test(int arr[10])//ok? 同上
{}
void test(int *arr)//ok? 数组名是首元素地址，用指针接收，没问题
{}
void test2(int *arr[20])//ok? 用同样的指针数组接收，没问题
{}
void test2(int **arr)//ok? 数组名是首元素地址，而该数组元素是指针，所以地址是int**类型，
// 用二级指针接收，没问题
{}
int main()
{
int arr[10] = {0};
int *arr2[20] = {0};
test(arr);
test2(arr2);
} 二维数组传参
void test(int arr[3][5])//ok？ 用二维数组接收，没问题
{}
void test(int arr[][])//ok？ 用二维数组接收，行可以省略，列不能省略，错误
{}
void test(int arr[][5])//ok？ 正确
{}
//总结：二维数组传参，函数形参的设计只能省略第一个[]的数字。
//因为对一个二维数组，可以不知道有多少行，但是必须知道一行多少元素。
//这样才方便运算。
void test(int* arr)//ok？ 数组名是首元素地址，二维数组首元素是第一行(arr[0]),而不是第一行
{} // 第一个(arr[0][0]),所以应该用指向第一行的指针来接收
void test(int* arr[5])//ok？ 不能用指针数组接收
{}
void test(int(*arr)[5])//ok？ 用数组指针接收，没问题
{}
void test(int** arr)//ok？ 二维数组，不能用二级指针接收
{}
int main()
{
int arr[3][5] = { 0 };
test(arr);
}一级指针传参
#include
void print(int *p, int sz)//传的是一级指针，用一级指针接收
{
int i = 0;
for(i=0; i 思考：
当一个函数的参数部分为一级指针的时候，函数能接收什么参数？
比如：
void test1(int *p)
{}
//test1函数能接收什么参数？整型数组，整型变量地址，一级指针
void test2(char* p)
{}
//test2函数能接收什么参数？字符数组，字符变量地址，一级指针二级指针传参
#include
void test(int** ptr)
{
printf("num = %d\n", **ptr);
}
int main()
{
int n = 10;
int* p = &n;
int** pp = &p;
test(pp);//传二级指针
test(&p);//传一级指针的地址
return 0;
} 思考：
当函数的参数为二级指针的时候，可以接收什么参数？
void test(char **p)
{}
int main()
{
char c = 'b';
char*pc = &c;
char**ppc = &pc;
char* arr[10];
test(&pc);//传一级指针的地址
test(ppc);//传二级指针
test(arr);//ok? 传指针数组，数组每个元素都是指针，
// 所以数组元素的地址相当于一级指针的地址,没问题
return 0;
}函数指针
整形指针---存放整型的地址
字符指针---存放字符的地址
数组指针---存放数组的地址
那么通过类比，我们也可以猜测出函数指针的作用
函数指针---存放函数的地址
首先看一段代码：
#include
void test()
{
printf("hehe\n");
}
int main()
{
printf("%p\n", test);
printf("%p\n", &test);
return 0;
} 数组名---数组首元素地址
&数组名---数组的地址(两种方式有区别)
函数名---函数的地址
&函数名---函数的地址 (两种方式完全相同)
输出的结果：
所以由此我们可以看到，函数也是有地址的！
输出的是两个地址，这两个地址是 test 函数的地址。 那我们的函数的地址要想保存起来，怎么保存？
下面我们看代码：
void test()
{
printf("hehe\n");
}
//下面pfun1和pfun2哪个有能力存放test函数的地址？
void (*pfun1)();
void *pfun2();首先，能给存储地址，就要求pfun1或者pfun2是指针，那哪个是指针？ 答案是：
pfun1可以存放。pfun1先和*结合，说明pfun1是指针，指针指向的是一个函数，指向的函数无参数，返回值类型为void。
void (*pfun1)() = &test;
而这里的pfun2就是一个无参，返回值为void*类型的函数，显然不能储存函数的地址。
我们可以通过与数组指针的类比，来更好的理解函数指针：
#include
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int(*parr)[10] = &arr;//parr是数组指针变量
int(*pf)(int, int) = &Add;//pAdd是函数指针变量
return 0;
} int a = 10; //去掉名字a，剩下的int就是a的类型
int arr[10] = { 0 }; //去掉数组名，剩下的int [10]就是arr的类型
int(*parr)[10] = &arr; //去掉parr，剩下的int(*)[10]就是parr的类型
int(*pf)(int, int) = &Add; //去掉pf，剩下的int(*)(int, int)就是pf的类型
函数指针的使用
#include
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int(*pf)(int, int) = &Add;
int ret = Add(2, 3);
printf("%d\n", ret);
ret = (*pf)(4, 5);
printf("%d\n", ret);
return 0;
} 
在代码中，我们将函数Add的地址存入pf中，然后将pf解引用后就可找到Add函数，就可以直接使用该函数，在这里可能会觉得多此一举，而可能有时候我们不能直接知道函数名，只知道函数的地址，就可以用这种方法调用函数。
因为在得到函数的地址时，函数名和&函数名等价，所以我们还可以用更简便的方式：
#include
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int main()
{
int(*pf)(int, int) = NULL;//为了方便理解，我们将这里写完整
pf = Add;//将Add(函数的地址)赋给pf(说明pf与Add等价)
int ret = Add(2, 3);
printf("%d\n", ret);
ret = pf(4, 5);//可以直接使用pf调用函数(前面使用(*pf)是为了让初学者更容易理解)
printf("%d\n", ret);
return 0;
} 结果相同：
阅读两段有趣的代码：
//代码1
(*(void (*)())0)();
//代码2
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);
//请解释这两段代码所表示的含义代码1：代码是一次函数调用
首先看void(*)()，这是一个无参返回值为void*的函数指针，而(void (*)())0是将0强制类型转化为类型为void(*)()的一个函数的地址，最后(*(void (*)())0)()是解引用0地址找到这个函数，然后调用该函数。
代码2：代码是一次函数声明
首先看signal(int , void(*)(int))，signal是一个函数，有两个参数，一个类型是int，一个类型是void(*)(int)(函数指针);代码中还剩下void(*)(int)，这是signal函数的返回值类型(函数指针)。
这里我们发现函数指针类型不管是书写，还是观察都比较麻烦，有没有什么办法可以将它简化呢？
根据我们前面学到的知识，可以用typedef将他简化：
typedef void(*pfun_t)(int);
int main()
{
void (*signal(int, void(*)(int)))(int);
pfun_t signal2(int, pfun_t);
return 0;
}注：这两个代码均出自《C陷阱和缺陷》
有兴趣的小伙伴可以读一读。
函数指针数组
数组是一个存放相同类型数据的存储空间，那我们已经学习了指针数组， 比如：
int *arr[10];
//数组的每个元素是int*那要把函数的地址存到一个数组中，那这个数组就叫函数指针数组，那函数指针的数组如何定义呢？
int (*parr1[10]])();
int *parr2[10]();//err
int (*)() parr3[10];//err答案是：parr1 parr1 先和 [] 结合，说明parr1是数组，数组的内容是什么呢？ 是 int (*)() 类型的
函数指针。
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
return x - y;
}
int Mul(int x, int y)
{
return x * y;
}
int Div(int x, int y)
{
return x / y;
}
int main()
{
//pfArr就是一个函数指针的数组
int(*pfArr[4])(int, int) = { Add,Sub,Mul,Div };//注意数组中各元素函数指针的类型要相同
return 0;
}
函数指针数组的使用
例如我们来写一个计算器
常规方法：
#include
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
return x - y;
}
int Mul(int x, int y)
{
return x * y;
}
int Div(int x, int y)
{
return x / y;
}
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 input = 0;
int x = 0;
int y = 0;
do
{
menu();
printf("请选择>");
scanf("%d", &input);
switch (input)
{
case 1:
printf("请输入两个操作数>");
scanf("%d%d", &x, &y);
printf("%d\n", Add(x, y));
break;
case 2:
printf("请输入两个操作数>");
scanf("%d%d", &x, &y);
printf("%d\n", Sub(x, y));
break;
case 3:
printf("请输入两个操作数>");
scanf("%d%d", &x, &y);
printf("%d\n" ,Mul(x, y));
break;
case 4:
printf("请输入两个操作数>");
scanf("%d%d", &x, &y);
printf("%d\n", Div(x, y));
break;
case 0:
printf("退出程序\n");
break;
default:
printf("选择错误,请重试\n");
break;
}
} while(input);
return 0;
} 如果这里计算的方式更多，比如左移，右移，按位与，按位或......那么就会有更多的switch case语句，而且其中还有很多冗余的代码，显得程序非常复杂。
所以当我们学会了函数指针数组之后，就可以使用它，让程序变得简单易读：
改进代码：转移表
#include
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
return x - y;
}
int Mul(int x, int y)
{
return x * y;
}
int Div(int x, int y)
{
return x / y;
}
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 input = 0;
int x = 0;
int y = 0;
int ret = 0;
// 转移表
int(*pfArr[5])(int, int) = { 0,Add,Sub,Mul,Div };//创建函数指针数组，input对应功能下标
// 0 1 2 3 4
do
{
menu();
printf("请选择>");
scanf("%d", &input);
if (input == 0)
{
printf("退出程序\n");
}
else if (input > 0 && input < 5)
{
printf("请输入两个操作数>");
scanf("%d%d", &x, &y);
ret = pfArr[input](x, y);//直接以input作为下标，直接调用函数
printf("ret = %d\n", ret);
}
else
{
printf("选择错误,请重试\n");
}
} while (input);
return 0;
} 怎么样是不是简单了许多。
当然我们还可以在方法一的代码上面改进，方法一中switch case 中有很多重复的代码，导致其很复杂，我们能否将它压缩呢？
方法三：回调函数(后文详细讲解)
#include
int Add(int x, int y)
{
return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
return x - y;
}
int Mul(int x, int y)
{
return x * y;
}
int Div(int x, int y)
{
return x / y;
}
void Calc(int(*pf)(int, int))//用函数指针接收
{
int x = 0;
int y = 0;
printf("请输入两个操作数>");
scanf("%d%d", &x, &y);
int ret = pf(x, y);
printf("ret = %d\n", ret);
}
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 input = 0;
do
{
menu();
printf("请选择>");
scanf("%d", &input);
switch (input)
{
case 1:
Calc(Add);//将函数地址作为参数
break;
case 2:
Calc(Sub);
break;
case 3:
Calc(Mul);
break;
case 4:
Calc(Div);
break;
case 0:
printf("退出程序\n");
break;
default:
printf("选择错误,请重试\n");
break;
}
} while (input);
return 0;
} 指向函数指针数组的指针
指向函数指针数组的指针是一个 指针 指针指向一个 数组 ，数组的元素都是 函数指针 ;
如何定义？
void test(const char* str)
{
printf("%s\n", str);
}
int main()
{
//函数指针pfun
void (*pfun)(const char*) = test;
//函数指针的数组pfunArr
void (*pfunArr[5])(const char* str);
pfunArr[0] = test;
//指向函数指针数组pfunArr的指针ppfunArr
void (*(*ppfunArr)[10])(const char*) = &pfunArr;//ppfunArr先与*结合，所以它是指针，
//指针指向的是一个数组，数组有10个元素，
//每个元素的类型是函数指针类型。
return 0;
}回调函数
回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外的一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。
qsort(快速排序)函数:这是一个C语言内置函数，用于对数据排序 ，它可以对任意类型的数据进行排序。
该函数有四个参数：
- base：需要排序的数组
- num：数组元素个数
- width：元素所占字节大小
- compare：比较函数(需自己实现)
注：void*为空类型指针，它可以接收任意数据类型的指针，但它不能用于计算。因为要排序任意类型的数据，所以不能以一种类型的指针来定义，所以这里以void*来接收。
qsort函数的使用：
//1.整型数据的排序
#include
//qosrt函数的使用者得实现一个比较函数
int int_cmp(const void* p1, const void* p2)
{
return (*(int*)p1 - *(int*)p2);//先将需要比较的两个数据转化为整型
}
int main()
{
int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
int i = 0;
qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof(int), int_cmp);
for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
//结构体数据排序
struct stu
{
char name[10];
int age;
};
int cmp_name(const void* e1, const void* e2)
{
return strcmp(((struct stu*)e2)->name, ((struct stu*)e1)->name);//先将两个数据转化为结构体类型
}
int cmp_age(const void* e1, const void* e2)
{
return ((struct stu*)e1)->age - ((struct stu*)e2)->age;
}
int main()
{
//int arr[] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
struct stu S[3] = { {"张三",15}, {"李四",20},{"王五",5} };
//qsort(S, 3, sizeof(S[0]), cmp_name);
qsort(S, 3, sizeof(S[0]), cmp_age);
int i = 0;
for (i = 0; i < 3; i++)
{
printf("%s\n", (S+i)->name);
}
return 0;
}
注：比较两个字符串时，不能再像整型数据那样直接相减，而是要用到字符串比较函数(strcmp用法)。
为了能够更加清楚的了解qsort的原理，这里我们使用前面学习过的冒泡排序来实现qsort函数。
参数设计还是和qsort一样。
//通用冒泡排序
void BubbleSort(void* base, size_t num, size_t width, int(*cmp)(const void*e1,const void*e2))
//size_t:无符号整型，为了避免传参错误，这里采用无符号整型
{
size_t i = 0;//避免整型和无符号整型比较时出现警告，所以i和j也使用size_t定义
for (i = 0; i < num - 1; i++)
{
size_t j = 0;
for (j = 0; j < num - i - 1; j++)
{
//这里我们按照降序进行排序
//如果该数据比后面一个数据大，则将他们交换
if (cmp((char*)base + width * j, (char*)base + width * (j + 1)) > 0)
{
swap((char*)base + width * j, (char*)base + width * (j + 1),width);
}
}
}
}因为使用void*类型是无法计算的，但在这里给cmp和swap函数传参时必须要传入两个数据的起始地址，所以这需要进行类型的转换。
前面传参时我们传入了需要排序的数据类型的大小，所以这里我们可以将void*类型的数据转换成char*，然后将它加上width*j就找到每一个数据的起始地址 。
//比较整型函数
int cmp_int(const void* e1, const void* e2)
{
return *(int*)e1 - *(int*)e2;
}
//交换函数
void swap(char* e1, char* e2,size_t width)
{
size_t i = 0;
for (i = 0; i < width; i++)//根据数据的大小，以一个字节大小为单位依次交换
{ //交换次数即为字节数
char tmp = *e1;
*e1 = *e2;
*e2 = tmp;
e1++;
e2++;
}
}
//通用冒泡排序
void BubbleSort(void* base, size_t num, size_t width, int(*cmp)(const void*e1,const void*e2))
//size_t:无符号整型，为了避免传参错误，这里采用无符号整型
{
size_t i = 0;//避免整型和无符号整型比较时出现警告，所以i和j也使用size_t定义
for (i = 0; i < num - 1; i++)
{
size_t j = 0;
for (j = 0; j < num - i - 1; j++)
{
if (cmp((char*)base + width * j, (char*)base + width * (j + 1)) > 0)
{
swap((char*)base + width * j, (char*)base + width * (j + 1),width);
}
}
}
}
int main()
{
int arr[10] = { 9,8,7,6,5,4,1,2,3,0 };
BubbleSort(arr, 10, sizeof(int), cmp_int);
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}运行结果：
你学会了吗？
创作不易，如果觉得有些许收获，就点个赞吧~~