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C語言指針到應用層的各種指針使用技巧

FPGA之家 ? 來源:FPGA之家 ? 作者:FPGA之家 ? 2021-04-08 09:41 ? 次閱讀

一、前言

如果問C語言中最重要、威力最大的概念是什么,答案必將是指針!威力大,意味著使用方便、高效,同時也意味著語法復雜、容易出錯。指針用的好,可以極大的提高代碼執行效率、節約系統資源;如果用的不好,程序中將會充滿陷阱、漏洞。

這篇文章,我們就來聊聊指針。從最底層的內存存儲空間開始,一直到應用層的各種指針使用技巧,循序漸進、抽絲剝繭,以最直白的語言進行講解,讓你一次看過癮。

說明:為了方便講解和理解,文中配圖的內存空間的地址是隨便寫的,在實際計算機中是要遵循地址對齊方式的。

二、變量與指針的本質

1. 內存地址

我們編寫一個程序源文件之后,編譯得到的二進制可執行文件存放在電腦的硬盤上,此時它是一個靜態的文件,一般稱之為程序。

當這個程序被啟動的時候,操作系統將會做下面幾件事情:

把程序的內容(代碼段、數據段)從硬盤復制到內存中;

創建一個數據結構PCB(進程控制塊),來描述這個程序的各種信息(例如:使用的資源,打開的文件描述符...);

在代碼段中定位到入口函數的地址,讓CPU從這個地址開始執行。

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當程序開始被執行時,就變成一個動態的狀態,一般稱之為進程。

內存分為:物理內存和虛擬內存。操作系統對物理內存進行管理、包裝,我們開發者面對的是操作系統提供的虛擬內存。
這2個概念不妨礙文章的理解,因此就統一稱之為內存。

在我們的程序中,通過一個變量名來定義變量、使用變量。變量本身是一個確確實實存在的東西,變量名是一個抽象的概念,用來代表這個變量。就比如:我是一個實實在在的人,是客觀存在與這個地球上的,道哥是我給自己起的一個名字,這個名字是任意取得,只要自己覺得好聽就行,如果我愿意還可以起名叫:鳥哥、龍哥等等。

那么,我們定義一個變量之后,這個變量放在哪里呢?那就是內存的數據區。內存是一個很大的存儲區域,被操作系統劃分為一個一個的小空間,操作系統通過地址來管理內存。

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內存中的最小存儲單位是字節(8個bit),一個內存的完整空間就是由這一個一個的字節連續組成的。在上圖中,每一個小格子代表一個字節,但是好像大家在書籍中沒有這么來畫內存模型的,更常見的是下面這樣的畫法:

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也就是把連續的4個字節的空間畫在一起,這樣就便于表述和理解,特別是深入到代碼對齊相關知識時更容易理解。(我認為根本原因應該是:大家都這么畫,已經看順眼了~~)

2. 32位與64位系統

我們平時所說的計算機是32位、64位,指的是計算機的CPU中寄存器的最大存儲長度,如果寄存器中最大存儲32bit的數據,就稱之為32位系統。

在計算機中,數據一般都是在硬盤、內存和寄存器之間進行來回存取。CPU通過3種總線把各組成部分聯系在一起:地址總線、數據總線和控制總線。地址總線的寬度決定了CPU的尋址能力,也就是CPU能達到的最大地址范圍。

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剛才說了,內存是通過地址來管理的,那么CPU想從內存中的某個地址空間上存取一個數據,那么CPU就需要在地址總線上輸出這個存儲單元的地址。假如地址總線的寬度是8位,能表示的最大地址空間就是256個字節,能找到內存中最大的存儲單元是255這個格子(從0開始)。即使內存條的實際空間是2G字節,CPU也沒法使用后面的內存地址空間。如果地址總線的寬度是32位,那么能表示的最大地址就是2的32次方,也就是4G字節的空間。

【注意】:這里只是描述地址總線的概念,實際的計算機中地址計算方式要復雜的多,比如:虛擬內存中采用分段、分頁、偏移量來定位實際的物理內存,在分頁中還有大頁、小頁之分,感興趣的同學可以自己查一下相關資料

3. 變量

我們在C程序中使用變量來“代表”一個數據,使用函數名來“代表”一個函數,變量名和函數名是程序員使用的助記符。變量和函數最終是要放到內存中才能被CPU使用的,而內存中所有的信息(代碼和數據)都是以二進制的形式來存儲的,計算機根據就不會從格式上來區分哪些是代碼、哪些是數據。CPU在訪問內存的時候需要的是地址,而不是變量名、函數名。

問題來了:在程序代碼中使用變量名來指代變量,而變量在內存中是根據地址來存放的,這二者之間如何映射(關聯)起來的?

答案是:編譯器!編譯器在編譯文本格式的C程序文件時,會根據目標運行平臺(就是編譯出的二進制程序運行在哪里?是x86平臺的電腦?還是ARM平臺的開發板?)來安排程序中的各種地址,例如:加載到內存中的地址、代碼段的入口地址等等,同時編譯器也會把程序中的所有變量名,轉成該變量在內存中的存儲地址。

變量有2個重要屬性:變量的類型和變量的值。

示例:代碼中定義了一個變量

int a = 20;

類型是int型,值是20。這個變量在內存中的存儲模型為:

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我們在代碼中使用變量名a,在程序執行的時候就表示使用0x11223344地址所對應的那個存儲單元中的數據。因此,可以理解為變量名a就等價于這個地址0x11223344。換句話說,如果我們可以提前知道編譯器把變量a安排在地址0x11223344這個單元格中,我們就可以在程序中直接用這個地址值來操作這個變量。

在上圖中,變量a的值為20,在內存中占據了4個格子的空間,也就是4個字節。為什么是4個字節呢?在C標準中并沒有規定每種數據類型的變量一定要占用幾個字節,這是與具體的機器、編譯器有關。

比如:32位的編譯器中:

char: 1個字節;
short int: 2個字節;
int: 4個字節;
long: 4個字節。

比如:64位的編譯器中:

char: 1個字節;
short int: 2個字節;
int: 4個字節;
long: 8個字節。

為了方便描述,下面都以32位為例,也就是int型變量在內存中占據4個字節。

另外,0x11223344,0x11223345,0x11223346,0x11223347這連續的、從低地址到高地址的4個字節用來存儲變量a的數值20。在圖示中,使用十六進制來表示,十進制數值20轉成16進制就是:0x00000014,所以從開始地址依次存放0x00、0x00、0x00、0x14這4個字節(存儲順序涉及到大小端的問題,不影響文本理解)。

根據這個圖示,如果在程序中想知道變量a存儲在內存中的什么位置,可以使用取地址操作符&,如下:

printf("&a = 0x%x ", &a);

這句話將會打印出:&a = 0x11223344。

考慮一下,在32位系統中:指針變量占用幾個字節?

4. 指針變量

指針變量可以分2個層次來理解:

指針變量首先是一個變量,所以它擁有變量的所有屬性:類型和值。它的類型就是指針,它的值是其他變量的地址。既然是一個變量,那么在內存中就需要為這個變量分配一個存儲空間。在這個存儲空間中,存放著其他變量的地址。

指針變量所指向的數據類型,這是在定義指針變量的時候就確定的。例如:int *p; 意味著指針指向的是一個int型的數據。

首先回答一下剛才那個問題,在32位系統中,一個指針變量在內存中占據4個字節的空間。因為CPU對內存空間尋址時,使用的是32位地址空間(4個字節),也就是用4個字節就能存儲一個內存單元的地址。而指針變量中的值存儲的就是地址,所以需要4個字節的空間來存儲一個指針變量的值。

示例:

int a = 20; int *pa; pa = &a; printf("value = %d ", *pa);

在內存中的存儲模型如下:

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對于指針變量pa來說,首先它是一個變量,因此在內存中需要有一個空間來存儲這個變量,這個空間的地址就是0x11223348;

其次,這個內存空間中存儲的內容是變量a的地址,而a的地址為0x11223344,所以指針變量pa的地址空間中,就存儲了0x11223344這個值。

這里對兩個操作符&和*進行說明:

&:取地址操作符,用來獲取一個變量的地址。上面代碼中&a就是用來獲取變量a在內存中的存儲地址,也就是0x11223344。

*:這個操作符用在2個場景中:定義一個指針的時候,獲取一個指針所指向的變量值的時候。

int pa; 這個語句中的表示定義的變量pa是一個指針,前面的int表示pa這個指針指向的是一個int類型的變量。不過此時我們沒有給pa進行賦值,也就是說此刻pa對應的存儲單元中的4個字節里的值是沒有初始化的,可能是0x00000000,也可能是其他任意的數字,不確定;

printf語句中的*表示獲取pa指向的那個int類型變量的值,學名叫解引用,我們只要記住是獲取指向的變量的值就可以了。

5. 操作指針變量

對指針變量的操作包括3個方面:

操作指針變量自身的值;

獲取指針變量所指向的數據;

以什么樣數據類型來使用/解釋指針變量所指向的內容。

5.1 指針變量自身的值

int a = 20;這個語句是定義變量a,在隨后的代碼中,只要寫下a就表示要操作變量a中存儲的值,操作有兩種:讀和寫。

printf("a = %d ", a); 這個語句就是要讀取變量a中的值,當然是20;
a = 100;這個語句就是要把一個數值100寫入到變量a中。

同樣的道理,int *pa;語句是用來定義指針變量pa,在隨后的代碼中,只要寫下pa就表示要操作變量pa中的值:

printf("pa = %d ", pa); 這個語句就是要讀取指針變量pa中的值,當然是0x11223344;
pa = &a;這個語句就是要把新的值寫入到指針變量pa中。再次強調一下,指針變量中存儲的是地址,如果我們可以提前知道變量a的地址是 0x11223344,那么我們也可以這樣來賦值:pa = 0x11223344;

思考一下,如果執行這個語句printf("&pa =0x%x ", &pa);,打印結果會是什么?

上面已經說過,操作符&是用來取地址的,那么&pa就表示獲取指針變量pa的地址,上面的內存模型中顯示指針變量pa是存儲在0x11223348這個地址中的,因此打印結果就是:&pa = 0x11223348。

5.2 獲取指針變量所指向的數據

指針變量所指向的數據類型是在定義的時候就明確的,也就是說指針pa指向的數據類型就是int型,因此在執行printf("value = %d ", *pa);語句時,首先知道pa是一個指針,其中存儲了一個地址(0x11223344),然后通過操作符*來獲取這個地址(0x11223344)對應的那個存儲空間中的值;又因為在定義pa時,已經指定了它指向的值是一個int型,所以我們就知道了地址0x11223344中存儲的就是一個int類型的數據。

5.3 以什么樣的數據類型來使用/解釋指針變量所指向的內容

如下代碼:

int a = 30000; int *pa = &a; printf("value = %d ", *pa);

根據以上的描述,我們知道printf的打印結果會是value = 30000,十進制的30000轉成十六進制是0x00007530,內存模型如下:

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現在我們做這樣一個測試:

char *pc = 0x11223344; printf("value = %d ", *pc);

指針變量pc在定義的時候指明:它指向的數據類型是char型,pc變量中存儲的地址是0x11223344。當使用*pc獲取指向的數據時,將會按照char型格式來讀取0x11223344地址處的數據,因此將會打印value = 0(在計算機中,ASCII碼是用等價的數字來存儲的)。

這個例子中說明了一個重要的概念:在內存中一切都是數字,如何來操作(解釋)一個內存地址中的數據,完全是由我們的代碼來告訴編譯器的。剛才這個例子中,雖然0x11223344這個地址開始的4個字節的空間中,存儲的是整型變量a的值,但是我們讓pc指針按照char型數據來使用/解釋這個地址處的內容,這是完全合法的。

以上內容,就是指針最根本的心法了。把這個心法整明白了,剩下的就是多見識、多練習的問題了。

三、指針的幾個相關概念

1. const屬性

const標識符用來表示一個對象的不可變的性質,例如定義:

const int b = 20;

在后面的代碼中就不能改變變量b的值了,b中的值永遠是20。同樣的,如果用const來修飾一個指針變量:

int a = 20; int b = 20; int * const p = &a;

內存模型如下:

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這里的const用來修飾指針變量p,根據const的性質可以得出結論:p在定義為變量a的地址之后,就固定了,不能再被改變了,也就是說指針變量pa中就只能存儲變量a的地址0x11223344。如果在后面的代碼中寫p = &b;,編譯時就會報錯,因為p是不可改變的,不能再被設置為變量b的地址。

但是,指針變量p所指向的那個變量a的值是可以改變的,即:*p = 21;這個語句是合法的,因為指針p的值沒有改變(仍然是變量c的地址0x11223344),改變的是變量c中存儲的值。

與下面的代碼區分一下:

int a = 20; int b = 20; const int *p = &a; p = &b;

這里的const沒有放在p的旁邊,而是放在了類型int的旁邊,這就說明const符號不是用來修飾p的,而是用來修飾p所指向的那個變量的。所以,如果我們寫p = &b;把變量b的地址賦值給指針p,就是合法的,因為p的值可以被改變。

但是這個語句*p = 21就是非法了,因為定義語句中的const就限制了通過指針p獲取的數據,不能被改變,只能被用來讀取。這個性質常常被用在函數參數上,例如下面的代碼,用來計算一塊數據的CRC校驗,這個函數只需要讀取原始數據,不需要(也不可以)改變原始數據,因此就需要在形參指針上使用const修飾符:

short int getDataCRC(const char *pData, int len) { short int crc = 0x0000; // 計算CRC return crc; }

2. void型指針

關鍵字void并不是一個真正的數據類型,它體現的是一種抽象,指明不是任何一種類型,一般有2種使用場景:

函數的返回值和形參;

定義指針時不明確規定所指數據的類型,也就意味著可以指向任意類型。

指針變量也是一種變量,變量之間可以相互賦值,那么指針變量之間也可以相互賦值,例如:

int a = 20; int b = a; int *p1 = &a; int *p2 = p1;

變量a賦值給變量b,指針p1賦值給指針p2,注意到它們的類型必須是相同的:a和b都是int型,p1和p2都是指向int型,所以可以相互賦值。那么如果數據類型不同呢?必須進行強制類型轉換。例如:

int a = 20; int *p1 = &a; char *p2 = (char *)p1;

內存模型如下:

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p1指針指向的是int型數據,現在想把它的值(0x11223344)賦值給p2,但是由于在定義p2指針時規定它指向的數據類型是char型,因此需要把指針p1進行強制類型轉換,也就是把地址0x11223344處的數據按照char型數據來看待,然后才可以賦值給p2指針。

如果我們使用void *p2來定義p2指針,那么在賦值時就不需要進行強制類型轉換了,例如:

int a = 20; int *p1 = &a; void *p2 = p1;

指針p2是void*型,意味著可以把任意類型的指針賦值給p2,但是不能反過來操作,也就是不能把void*型指針直接賦值給其他確定類型的指針,而必須要強制轉換成被賦值指針所指向的數據類型,如下代碼,必須把p2指針強制轉換成int*型之后,再賦值給p3指針:

int a = 20; int *p1 = &a; void *p2 = p1; int *p3 = (int *)p2;

我們來看一個系統函數:

void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t len);

第一個參數類型是void*,這正體現了系統對內存操作的真正意義:它并不關心用戶傳來的指針具體指向什么數據類型,只是把數據挨個存儲到這個地址對應的空間中。

第二個參數同樣如此,此外還添加了const修飾符,這樣就說明了memcpy函數只會從src指針處讀取數據,而不會修改數據。

3. 空指針和野指針

一個指針必須指向一個有意義的地址之后,才可以對指針進行操作。如果指針中存儲的地址值是一個隨機值,或者是一個已經失效的值,此時操作指針就非常危險了,一般把這樣的指針稱作野指針,C代碼中很多指針相關的bug就來源于此。

3.1 空指針:不指向任何東西的指針

在定義一個指針變量之后,如果沒有賦值,那么這個指針變量中存儲的就是一個隨機值,有可能指向內存中的任何一個地址空間,此時萬萬不可以對這個指針進行寫操作,因為它有可能指向內存中的代碼段區域、也可能指向內存中操作系統所在的區域。

一般會將一個指針變量賦值為NULL來表示一個空指針,而C語言中,NULL實質是 ((void*)0) , 在C++中,NULL實質是0。在標準庫頭文件stdlib.h中,有如下定義:

#ifdef __cplusplus #define NULL 0 #else #define NULL ((void *)0) #endif

3.2 野指針:地址已經失效的指針

我們都知道,函數中的局部變量存儲在棧區,通過malloc申請的內存空間位于堆區,如下代碼:

int *p = (int *)malloc(4); *p = 20;

內存模型為:

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在堆區申請了4個字節的空間,然后強制類型轉換為int*型之后,賦值給指針變量p,然后通過*p設置這個地址中的值為14,這是合法的。如果在釋放了p指針指向的空間之后,再使用*p來操作這段地址,那就是非常危險了,因為這個地址空間可能已經被操作系統分配給其他代碼使用,如果對這個地址里的數據強行操作,程序立刻崩潰的話,將會是我們最大的幸運!

int *p = (int *)malloc(4); *p = 20; free(p); // 在free之后就不可以再操作p指針中的數據了。 p = NULL; // 最好加上這一句。

四、指向不同數據類型的指針

1. 數值型指針

通過上面的介紹,指向數值型變量的指針已經很明白了,需要注意的就是指針所指向的數據類型。

2. 字符串指針

字符串在內存中的表示有2種:

用一個數組來表示,例如:char name1[8] = "zhangsan";

用一個char *指針來表示,例如:char *name2 = "zhangsan";

name1在內存中占據8個字節,其中存儲了8個字符的ASCII碼值;name2在內存中占據9個字節,因為除了存儲8個字符的ASCII碼值,在最后一個字符'n'的后面還額外存儲了一個'',用來標識字符串結束。

對于字符串來說,使用指針來操作是非常方便的,例如:變量字符串name2:

char *name2 = "zhangsan"; char *p = name2; while (*p != '') { printf("%c ", *p); p = p + 1; }

在while的判斷條件中,檢查p指針指向的字符是否為結束符''。在循環體重,打印出當前指向的字符之后,對指針比那里進行自增操作,因為指針p所指向的數據類型是char,每個char在內存中占據一個字節,因此指針p在自增1之后,就指向下一個存儲空間。

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也可以把循環體中的2條語句寫成1條語句:

printf("%c ", *p++);

假如一個指針指向的數據類型為int型,那么執行p = p + 1;之后,指針p中存儲的地址值將會增加4,因為一個int型數據在內存中占據4個字節的空間,如下所示:

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思考一個問題:void*型指針能夠遞增嗎?如下測試代碼:

int a[3] = {1, 2, 3}; void *p = a; printf("1: p = 0x%x ", p); p = p + 1; printf("2: p = 0x%x ", p);

打印結果如下:

1: p = 0x733748c0 2: p = 0x733748c1

說明void*型指針在自增時,是按照一個字節的跨度來計算的。

3. 指針數組與數組指針

這2個說法經常會混淆,至少我是如此,先看下這2條語句:

int *p1[3]; // 指針數組 int (*p2)[3]; // 數組指針

3.1 指針數組

第1條語句中:中括號[]的優先級高,因此與p1先結合,表示一個數組,這個數組中有3個元素,這3個元素都是指針,它們指向的是int型數據。可以這樣來理解:如果有這個定義char p[3],很容易理解這是一個有3個char型元素的數組,那么把char換成int*,意味著數組里的元素類型是int*型(指向int型數據的指針)。內存模型如下(注意:三個指針指向的地址并不一定是連續的):

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如果向指針數組中的元素賦值,需要逐個把變量的地址賦值給指針元素:

int a = 1, b = 2, c = 3; char *p1[3]; p1[0] = &a; p1[1] = &b; p1[2] = &c;

3.2 數組指針

第2條語句中:小括號讓p2與*結合,表示p2是一個指針,這個指針指向了一個數組,數組中有3個元素,每一個元素的類型是int型。可以這樣來理解:如果有這個定義int p[3],很容易理解這是一個有3個char型元素的數組,那么把數組名p換成是*p2,也就是p2是一個指針,指向了這個數組。內存模型如下(注意:指針指向的地址是一個數組,其中的3個元素是連續放在內存中的):

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在前面我們說到取地址操作符&,用來獲得一個變量的地址。凡事都有特殊情況,對于獲取地址來說,下面幾種情況不需要使用&操作符:

字符串字面量作為右值時,就代表這個字符串在內存中的首地址;

數組名就代表這個數組的地址,也等于這個數組的第一個元素的地址;

函數名就代表這個函數的地址。

因此,對于一下代碼,三個printf語句的打印結果是相同的:

int a[3] = {1, 2, 3}; int (*p2)[3] = a; printf("0x%x ", a); printf("0x%x ", &a); printf("0x%x ", p2);

思考一下,如果對這里的p2指針執行p2 = p2 + 1;操作,p2中的值將會增加多少?

答案是12個字節。因為p2指向的是一個數組,這個數組中包含3個元素,每個元素占據4個字節,那么這個數組在內存中一共占據12個字節,因此p2在加1之后,就跳過12個字節。

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4. 二維數組和指針

一維數組在內存中是連續分布的多個內存單元組成的,而二維數組在內存中也是連續分布的多個內存單元組成的,從內存角度來看,一維數組和二維數組沒有本質差別。

和一維數組類似,二維數組的數組名表示二維數組的第一維數組中首元素的首地址,用代碼來說明:

int a[3][3] = {{1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9}}; // 二維數組 int (*p0)[3] = NULL; // p0是一個指針,指向一個數組 int (*p1)[3] = NULL; // p1是一個指針,指向一個數組 int (*p2)[3] = NULL; // p2是一個指針,指向一個數組 p0 = a[0]; p1 = a[1]; p2 = a[2]; printf("0: %d %d %d ", *(*p0 + 0), *(*p0 + 1), *(*p0 + 2)); printf("1: %d %d %d ", *(*p1 + 0), *(*p1 + 1), *(*p1 + 2)); printf("2: %d %d %d ", *(*p2 + 0), *(*p2 + 1), *(*p2 + 2));

打印結果是:

0: 1 2 3 1: 4 5 6 2: 7 8 9

我們拿第一個printf語句來分析:p0是一個指針,指向一個數組,數組中包含3個元素,每個元素在內存中占據4個字節。現在我們想獲取這個數組中的數據,如果直接對p0執行加1操作,那么p0將會跨過12個字節(就等于p1中的值了),因此需要使用解引用操作符*,把p0轉為指向int型的指針,然后再執行加1操作,就可以得到數組中的int型數據了。

5. 結構體指針

C語言中的基本數據類型是預定義的,結構體是用戶定義的,在指針的使用上可以進行類比,唯一有區別的就是在結構體指針中,需要使用->箭頭操作符來獲取結構體中的成員變量,例如:

typedef struct { int age; char name[8]; } Student; Student s; s.age = 20; strcpy(s.name, "lisi"); Student *p = &s; printf("age = %d, name = %s ", p->age, p->name);

看起來似乎沒有什么技術含量,如果是結構體數組呢?例如:

Student s[3]; Student *p = &s; printf("size of Student = %d ", sizeof(Student)); printf("1: 0x%x, 0x%x ", s, p); p++; printf("2: 0x%x ", p);

打印結果是:

size of Student = 12 1: 0x4c02ac00, 0x4c02ac00 2: 0x4c02ac0c

在執行p++操作后,p需要跨過的空間是一個結構體變量在內存中占據的大小(12個字節),所以此時p就指向了數組中第2個元素的首地址,內存模型如下:

d08406b6-92eb-11eb-8b86-12bb97331649.png

6. 函數指針

每一個函數在經過編譯之后,都變成一個包含多條指令的集合,在程序被加載到內存之后,這個指令集合被放在代碼區,我們在程序中使用函數名就代表了這個指令集合的開始地址。

d09090e8-92eb-11eb-8b86-12bb97331649.png

函數指針,本質上仍然是一個指針,只不過這個指針變量中存儲的是一個函數的地址。函數最重要特性是什么?可以被調用!因此,當定義了一個函數指針并把一個函數地址賦值給這個指針時,就可以通過這個函數指針來調用函數。

如下示例代碼:

int add(int x,int y) { return x+y; } int main() { int a = 1, b = 2; int (*p)(int, int); p = add; printf("%d + %d = %d ", a, b, p(a, b)); }

前文已經說過,函數的名字就代表函數的地址,所以函數名add就代表了這個加法函數在內存中的地址。int (*p)(int, int);這條語句就是用來定義一個函數指針,它指向一個函數,這個函數必須符合下面這2點(學名叫:函數簽名):

有2個int型的參數;

有一個int型的返回值。

代碼中的add函數正好滿足這個要求,因此,可以把add賦值給函數指針p,此時p就指向了內存中這個函數存儲的地址,后面就可以用函數指針p來調用這個函數了。

在示例代碼中,函數指針p是直接定義的,那如果想定義2個函數指針,難道需要像下面這樣定義嗎?

int (*p)(int, int); int (*p2)(int, int);

這里的參數比較簡單,如果函數很復雜,這樣的定義方式豈不是要煩死?可以用typedef關鍵字來定義一個函數指針類型:

typedef int (*pFunc)(int, int);

然后用這樣的方式pFunc p1, p2;來定義多個函數指針就方便多了。注意:只能把與函數指針類型具有相同簽名的函數賦值給p1和p2,也就是參數的個數、類型要相同,返回值也要相同。

注意:這里有幾個小細節稍微了解一下:

在賦值函數指針時,使用p = &a;也是可以的;

使用函數指針調用時,使用(*p)(a, b);也是可以的。

這里沒有什么特殊的原理需要講解,最終都是編譯器幫我們處理了這里的細節,直接記住即可。

函數指針整明白之后,再和數組結合在一起:函數指針數組。示例代碼如下:

int add(int a, int b) { return a + b; } int sub(int a, int b) { return a - b; } int mul(int a, int b) { return a * b; } int divide(int a, int b) { return a / b; } int main() { int a = 4, b = 2; int (*p[4])(int, int); p[0] = add; p[1] = sub; p[2] = mul; p[3] = divide; printf("%d + %d = %d ", a, b, p[0](a, b)); printf("%d - %d = %d ", a, b, p[1](a, b)); printf("%d * %d = %d ", a, b, p[2](a, b)); printf("%d / %d = %d ", a, b, p[3](a, b)); }

這條語句不太好理解:int (*p[4])(int, int);,先分析中間部分,標識符p與中括號[]結合(優先級高),所以p是一個數組,數組中有4個元素;然后剩下的內容表示一個函數指針,那么就說明數組中的元素類型是函數指針,也就是其他函數的地址,內存模型如下:

d09cc764-92eb-11eb-8b86-12bb97331649.png

如果還是難以理解,那就回到指針的本質概念上:指針就是一個地址!這個地址中存儲的內容是什么根本不重要,重要的是你告訴計算機這個內容是什么。如果你告訴它:這個地址里存放的內容是一個函數,那么計算機就去調用這個函數。那么你是如何告訴計算機的呢,就是在定義指針變量的時候,僅此而已!

五、總結

我已經把自己知道的所有指針相關的概念、語法、使用場景都作了講解,就像一個小酒館的掌柜,把自己的美酒佳肴都呈現給你,但愿你已經酒足飯飽!

如果以上的內容太多,一時無法消化,那么下面的這兩句話就作為飯后甜點為您奉上,在以后的編程中,如果遇到指針相關的困惑,就想一想這兩句話,也許能讓你茅塞頓開。

指針就是地址,地址就是指針。

指針就是指向內存中的一塊空間,至于如何來解釋/操作這塊空間,由這個指針的類型來決定。

另外還有一點囑咐,那就是學習任何一門編程語言,一定要弄清楚內存模型,內存模型,內存模型!

責任編輯:lq

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原文標題:C語言指針-從底層原理到花式技巧,用圖文和代碼幫你講解透徹

文章出處:【微信號:zhuyandz,微信公眾號:FPGA之家】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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