C語言的精髓——指針詳解

　　朱有鵬

　　1.2、指針變量的類型作用

　　對于普通變量的來說，其類型的作用主要有這么幾個方面：

　　（1）程序員寫代碼時識別用：不涉及強制轉換時，知道該變量中應該存放什么類型的數值。

　　（2）空間大小的說明：比如int為4個字節空間

　　（3）存儲結構說明：float和int雖然空間大小都是4字節，但是其存儲結構完全不同

　　對于指針變量來說，其類型的作用與上面基本一致，只是其類型是由普通類型+*構成，*個數表明了指針變量的級數，指針變量用來存放地址。當不涉及強制轉換時，其對應關系為：

　　某類型一級指針變量 = 該類型一級地址

　　某類型二級指針變量 = &（該類型一級指針變量）

　　n+1級指針變量 = &（n級指針變量）

　　所有普通變量的地址都是一級地址，所有一級指針變量的地址都是二級地址，類推n級指針變量的地址就是n+1級地址，但是我們這里必須強調一下，使用指針的目的就是為了更加方便的訪問空間，但是如果級數超過3級以上，實際上不但降低了程序的可讀性，也會降低對空間的訪問速度，所以過高級數的指針變量沒有太大的意義。

　　Int *p = &a；

　　p中只存放了a首字節地址，但是int說明了*p希望訪問的空間有4個字節，所以從p所指a的第一個字節向后數3個字節空間，一共4個字節空間才是*p的實際希望訪問到的完整空間。

　　1.3、為什么需要指針

　　不管多么高大上的程序，最終都是運行在硬件上的，所有對于硬件的設置和訪問，全部都是通過對內存操作實現的，廣義上的內存可以包括，寄存器、緩存、常說的內存等，這些內存空間都是由一個個的字節構成的，每個字節都有地址，對于這些空間的訪問，大多都是通過地址實現的。

　　如果就站在c自身的角度，也可以看到指針的好處，舉個例子的話，比如fun1函數有一個自動局部變量a，他的作用域被局限在了fun1函數內部，fun2函數是無法訪問的，如果fun2想要訪問fun1中a的話，我們可以將a的地址傳遞給fun2函數，當然前提是fun1的a沒有被自動釋放。

　　對于c語言有了解的都知道，函數也是有作用域的，跨文件的作用域又稱為鏈接域，為了防止本文件的函數（比如名叫fun的函數）不被其它文件的同名函數干擾，同時也希望不去干擾別人，我們往往會在fun函數的前面加一個static標志，將其作用域固定為本文件，其它文件通過fun函數名是無法訪問的。但是如果其它文件的function函數，又確實希望訪問這個函數時，怎么辦呢？我們只需要將fun函數的地址傳遞給function函數，就可以跨文件訪問fun函數，并且不會受到static的影響。

　　所以在c語言中，地址還是擴大變量或者函數作用范圍的有效手段，當然指針好處很多，這里不再贅述。

　　1.4、高級語言如java、c#的指針到哪里去了

　　C++就不說了，里面保留了指針的使用，初學java，c#等高級語言的同學，都會因為里面沒有指針而困惑，甚至在想，難道這些高級語言就不需要訪問內存空間了嗎？凡是有過java異常處理的同學，都會發現java中有一種空指針異常，大多是因為我們使用了沒有實例化的對象名導致的，因為沒有實例化就沒有分配內存空間。

　　既然有空指針異常，就證明java是使用了指針的，只是全部都由類的底層封裝好了，不需要我們關心，目的就是為了省去指針這一難點，使得java簡單實用，但是由于不能直接操作指針，面對頻繁使用指針的底層開發而言，java和c#多少會顯得有心無力。

　　1.5、指針使用值三部曲

　　（1）定義（聲明）

　　例： int *p=NULL; //初始化一下，防止野指針

　　（2）關聯

　　例： int a= 10；

　　p = &a；//a空間的首地址給了p，所以p里面的地址常量指向了a空間，因此簡稱p-》a空間

　　（3）引用

　　（a）讀空間：讀值操作，前提是里面存有數據才行

　　例：int b = *p；//等價于 b = a；

　　（b）寫空間：向空間寫入新的值

　　例： int *p = 30；//等價于a = 30；

　　2、指針涉及到的一些符號的理解

　　2.1、*的理解

　　在c語言中，*的用途有兩個，一個是用于表示乘號，第二個與指針有關，雖然這兩種用途用都會用到*，但這兩者沒有任何關系。*在指針中的用途主要有兩個方面，第一種是用在指針定義的時候，與前面的類型結合，用于表示被定義指針變量的類型，*個數表明了定義的指針變量的級數，例如：

　　int *p；int* p;

　　*靠前靠后都沒關系，這時的*與p是兩個不同的東西，星號表明p是一個一級指針變量，用于存放一個一級地址。但是需要注意下面的情況：

　　int *p1，*p2；//p1和p2都是int型的一級指針變量。

　　int *p1，p2；//p1是int型的一級指針變量，p2只是一個普通的int型變量。

　　第二種就是解引用，解引用時，*p表示的就是p所指向的空間，這時的*也稱為取空間操作，找到p所指向的空間，必須強調的是，這時的*p是一個整體，不能割裂來看，比如：

　　int *p = &a；

　　*p = 10；//等價于a=10；但是寫成* p = 10；就不對了

　　*作為解引用時（也就是取空間操作時），得到p所指向的空間后，我們的用途有兩種，一個是讀空間內容，還 有就是向空間寫入新的內容。

　　2.2、取地址符&的理解

　　取地址符使用時，直接寫在變量名稱的前面，然后&和變量一起構成了一個新的符號，表示變量空間的首地址，準確講是變量的首字節地址。比如int a；int *p = &a；這里必須注意，&a是一個完整的不可分割的整體，之所以用這種方式來表示空間的地址，是因為我們沒有辦法直接得到變量a的地址，只能是使用&a來表示，當編譯時會將&a變成a空間的地址賦值給p；

　　2.3、指針變量的初始化和指針變量賦值之間的區別

　　首先必須強調，指針變量的初始化與普通變量的初始化沒有任何區別，只是指針變量里面的存放的是一個特殊的值“地址”，這個值具有指向作用，可以用來訪問它所指向的空間，如果你刨去它地址的含義，實際上變量中存放的不過就是一個普通值。

　　（1）指針變量的初始化

　　Int a=10；

　　Int *p=&a；

　　此時的*，只是說明p是一個一級指針變量，不能把這時的*當成了解引用。

　　（2）指針變量的賦值

　　Int a=10；

　　Int *p=NULL；

　　p=&a；//將a空間地址的賦值給p

　　不少同學可能一直覺得p=&a，應該寫成*p=&a；這是錯誤的理解，這時的*是取空間操作，如果寫成*p=&a，就表示將a的空間地址存放到p所指向的空間，p所指向的空間其實就是a，*p=&a的等價寫法就是a=&a；相當于把地址給了a自己，顯然是不對的。

　　（3）初始化和賦值注意點

　　從形式上看，我們已經知道了初始化和賦值的區別，同時要知道初始化只能有一次，但是賦值可以有多次。

　　2.4、左值與右值

　　（1）什么是左值和右值

　　比如：int a=10；等式的左邊稱為左值，右邊稱為右值。

　　（2）左值

　　在c語言中，左值指的都是變量空間。對左值執行的操作都是寫空間操作。

　　（3）右值

　　在c中，右值有兩種形態，一種是直接寫一個數值，比如int a=10；就是典型的這種情況。那么另外的一種情況就是，右值可能也是一個變量，比如int b=10； int a=b；這個時候右值就是一個變量。當變量作為左值是，對變量實現的是寫操作，如果變量作為右值時，對變量實現的是讀操作，讀出后賦給右值，這一點要了解。

　　2.5、定義指針后，需要會關心的一些內容

　　（1）例子1

　　Int a =10；

　　Int *p=&a；

　　合理我們必須了解與指針變量p相關的一些內容。

　　p：表示int*型的一級指針變量空間，里面存放的是變量a的地址。

　　*p：表示p所指向的空間，指的就是a的空間，只不過是通過地址找到的。

　　&p：表示指針變量p自己的空間地址，它需要是int **的二級指針變量來存放。

　　思考一下，**p=20可不可以？

　　回答：不可以，**p改寫成等價形式*（*p），里面的*p等價于a，最后變成了*a，由于a的值等于10，*a就是*10，引用地址10所指向的空間，顯然10這個地址指向的空間是不存在的，所以錯誤。

　　（2）例子2：

　　Int a =10；

　　Int *p=&a；

　　Int **p1=&p；

　　對于指針變量p，需要關心p、*p、&p，但是在上例中已經描述過了，不再贅述。

　　對于指針變量p1來說，需要如下幾個方面的問題：

　　p1：一個int **型的二級指針變量空間，用于存放一個二級地址，恰好*p的地址就是二級地址。

　　*p1：引用取空間操作，找到p1所指向的空間，指的就是p的空間。

　　**p1：將其中的*p1替換成為p，**p1就變成了*p，指的就是a的空間。

　　&p1：指的是二級指針變量p1的空間地址，是一個三級地址。

　　只要大家理解前面的例子1和例子2，對于三級指針的情況，道理是類似的，但是我們前面就說過，構建三級以上的指針實際上沒有太大的意義，除了某些極少數的情況外，并不會為我們的程序帶來多少好處。

　　思考一下：***p1可不可以？

　　答：不可以，根據取空間操作，***p1最終變成了*10，顯然也是錯誤的。

　　（3）多級指針鏈斷線的問題

　　Int a =10；

　　Int *p；

　　Int **p1=&p；

　　Int b=**p1；

　　**p1，原是想通過**p1訪問到a的空間，將a空間的內容賦給b，但是這里是不對的，因為中間的指針變量p并沒有指向a，指針鏈斷線了，所以我們在使用多級指針的時候，必須注意構建的指針鏈是否完整。當然這里因為是直接寫的比較好理解，如果多級指針鏈是通過傳參的方式來構建的話，很容易出現斷鏈的情況，造成的影響就是，要么訪問到是空指針，要么訪問到了不該訪問的地方，導致嚴重錯誤。