來源 ：https://zlc.im/language/c/c_and_pointer.md#%E6%8C%87%E9%92%88

指針

本文介紹C語言的指針相關(guān)知識(shí).

指針是什么?

指針和其他的int, float等類似, 是一種類型. 有類型就有相應(yīng)類型的變量和常量. 本文主要討論變量的情況.

指針變量就是一種變量, 和其他種類的變量類似, 但指針和其他變量又有區(qū)別.

首先C語言作為一種類型語言, 每個(gè)變量都會(huì)有幾個(gè)屬性.

• 變量名稱.

• 變量類型.

• 變量的值.

例如int a = 3, 變量名稱就是a, 變量類型是int, 變量的值是3, 如果不提供初始值, 那么變量的值可能是一個(gè)隨機(jī)值.

也就是說, 任何時(shí)候看到一個(gè)變量, 就會(huì)有這3個(gè)屬性.

對(duì)于指針變量, 可以認(rèn)為有4個(gè)屬性.

• 指針變量的名稱.

• 指針變量的類型, 即指針類型.

• 指針變量的值, 即一個(gè)地址.

• 指針變量的值所指向的內(nèi)存里的數(shù)據(jù)類型. 本文稱做'指向類型'.

可以看到指針變量的關(guān)鍵在于指針?biāo)赶虻膬?nèi)存里面數(shù)據(jù)的類型.

例如int a = 3; int *b = &a;, 指針變量名稱是b, 指針變量類型是指針, 變量b的值是變量a的內(nèi)存地址. 變量b所指向的內(nèi)存的數(shù)據(jù)類型是int. 指針變量多了一個(gè)'變量b所指向的內(nèi)存的數(shù)據(jù)類型是int”, 本文將指針變量所指向的內(nèi)存的數(shù)據(jù)類型稱做指向類型.

任何時(shí)候看到一個(gè)指針就需要關(guān)注4點(diǎn)內(nèi)容: 名稱, 指針類型, 指針值, 指向類型. 搞清楚這幾個(gè)內(nèi)容, 就可以弄明白指針怎么回事, 當(dāng)然還要記憶 一些例外的情形.

類型

對(duì)于C語言來說, 搞清楚變量的類型相當(dāng)重要, 涉及到指針的時(shí)候就更加重要. 看到一個(gè)指針變量后需要理解其指向類型.

例如char * const * (*next)(), next是一個(gè)指針, 那么其指向類型是什么? 這個(gè)聲明/定義比較復(fù)雜, 日常編程可能就會(huì)碰到比較 復(fù)雜的情況, 所以要搞清楚指針首先要懂得怎么看一個(gè)聲明/定義的變量的類型.

如果看到一個(gè)變量的聲明或者定義, 那么就需要弄明白變量的類型. 在<<c專家編程>>這本書中有一部分內(nèi)容專門講解怎么分析 一個(gè)變量的類型, 值得參考.

理解類型的規(guī)則

1. 從變量名稱開始讀取, 然后依照優(yōu)先級(jí)按順序處理.

2. 優(yōu)先級(jí)從高到低 a. 括號(hào)內(nèi)優(yōu)先級(jí)高. b. 后綴操作符, ()表示一個(gè)函數(shù), []表示一個(gè)數(shù)組. c. 前綴操作符, *表示'指向...的指針'

3. 如果const, volatile后面為類型(int, long等), 那么作用于類型, 其他情況下作用于const, volatile左邊的指針*.

按照上面的規(guī)則來理解next的類型

1. 括號(hào)內(nèi)的優(yōu)先級(jí)最高, 即首先看(*next)

2. next左邊為*, 因此next是一個(gè)指針類型

3. 然后后綴()的優(yōu)先級(jí)更高, 因此next是一個(gè)指針, 指向一個(gè)函數(shù).

4. 接著是const右邊的*, 表示next是一個(gè)指針, 指向一個(gè)函數(shù), 該函數(shù)返回值類型為一個(gè)指針.

5. char * const看作一個(gè)整體為指向字符的常量指針.

整個(gè)來說: next是一個(gè)指針, 指向一個(gè)函數(shù), 函數(shù)的返回值也是一個(gè)指針, 指向一個(gè)類型為char的常量指針.

更詳細(xì)的可以參考<<c專家編程>>

類型有什么用?

C語言為類型語言, 即每個(gè)變量都有類型. 類型在變量的賦值, 函數(shù)傳參, 編譯檢查等等方面都會(huì)用到.

類型可以確定數(shù)據(jù)的大小和操作.

例如int a = 3, 那么在內(nèi)存中會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)3, 那么對(duì)于int類型具體來說.

1. 這個(gè)數(shù)據(jù)3會(huì)占用4字節(jié)(常見32位機(jī)器與64位機(jī)器上int類型占用4字節(jié)). 實(shí)際上是有4字節(jié)的內(nèi)存, 內(nèi)容是0×00000003. 因此int類型就規(guī)定了占用的內(nèi)存大小.

2. 對(duì)于int類型就可以進(jìn)行+,-,*,/等操作, 但是不能進(jìn)行取指針值(*a)的操作. 能夠進(jìn)行什么操作, 也是由類型規(guī)定的.

那么對(duì)于指針來說, 其指向類型就非常重要, 指向類型就規(guī)定了指針的值所指向的內(nèi)存的數(shù)據(jù)是什么類型, 也就是占用多大內(nèi)存, 可以進(jìn)行什么操作.

sizeof

只要類型確定, 那么便可以用sizeof計(jì)算類型占用的內(nèi)存大小, 這個(gè)是編譯階段便可以確定的.

對(duì)于指針類型來說, 所有指針類型占用的內(nèi)存大小基本都是一樣的, 例如在32bit的機(jī)器上占用4字節(jié), 在64bit的機(jī)器上占用8字節(jié).

下面代碼的變量a和變量b都是指針類型, 但是指向類型不同. 因此sizeof(a)和sizeof(b)的值相等, 但是sizeof(*a)和sizeof(*b)不相等.

int *a;
double *b;

sizeof(a) == sizeof(b);
sizeof(*a) != sizeof(*b);

指針類型的操作

可以對(duì)指針變量進(jìn)行+操作.

運(yùn)行結(jié)果

b: 0x7fff5f9ec7e0, content: 1.000000
b+1: 0x7fff5f9ec7e8, content: 2.000000
d: 0x7fff5f9ec7d0, content: 1
d+1: 0x7fff5f9ec7d4, content: 2

可以看到b+1的值比b要大8. d+1的值比b要大4. b+1實(shí)際上是指向a[1]的內(nèi)存地址. d+1是指向c[1]的內(nèi)存地址.

有如下公式成立, 指針做加法后的指針變量值和指向類型占用的內(nèi)存大小相關(guān).

指針變量 + 數(shù)字 = 指針變量值 + 數(shù)字 * sizeof(指向類型)

可以看到指向類型除了告訴你指針指向的內(nèi)存里面的數(shù)據(jù)類型, 在指針變量的相關(guān)運(yùn)算上也是有用的.

數(shù)組類型

數(shù)組與指針有一定的相似, 同時(shí)又很不一樣.

數(shù)組與指針的關(guān)鍵區(qū)別在于數(shù)組名是一個(gè)常量(和const常量不同). const常量表示變量的內(nèi)容不會(huì)變化, 實(shí)際上還是一個(gè)變量. 這里所說的數(shù)組名為一個(gè)常量, 可以理解數(shù)組名稱是一個(gè)內(nèi)存地址值, 例如0×7fff5f9ec7d4.

以下面的例子來說, a本身不會(huì)占用內(nèi)存, 占用內(nèi)存的是a[0], a[1], a[2], 實(shí)際上a所表示的這塊內(nèi)存才是數(shù)組變量.

那么a[1]和b[1]的區(qū)別就在于數(shù)組是一個(gè)常量, 而不是變量(變量本身需要占用內(nèi)存).

執(zhí)行c = a[1]是直接從a表示的內(nèi)存地址偏移4字節(jié)的內(nèi)存中取數(shù)據(jù). 僅包含一次內(nèi)存讀操作.

執(zhí)行c = b[1]是首先從內(nèi)存中取出變量b的值, 然后將變量b的值偏移4字節(jié), 然后從這個(gè)地址的內(nèi)存中取數(shù)據(jù). 包含2次內(nèi)存讀操作. 第一次是讀取變量b的值.

數(shù)組的其他幾個(gè)需要注意的地方

1. 數(shù)組名稱相當(dāng)于地址常量, 那么這個(gè)地址指向一段內(nèi)存, 因此這個(gè)地址本身會(huì)有指向類型, 其指向類型就是數(shù)組的元素類型. 例如int a[10], 那么a的指向類型就是int, 因此a+1結(jié)果實(shí)際上指向a[1].

2. sizeof(a)是計(jì)算整個(gè)數(shù)組的類型. sizeof(*a)是計(jì)算其指向類型的大小.

3. 可以對(duì)數(shù)組名進(jìn)行&a操作(取地址), 實(shí)際上&a的指針值和a的指針值一樣, 而且也是個(gè)地址常量, 但是&a的指向類型 是int [10], 即指向一個(gè)包含10個(gè)int元素的數(shù)組, 所以sizeof(*&a), 計(jì)算&a的指向類型的占用內(nèi)存大小就是40.

4. 數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)傳遞后, 在函數(shù)內(nèi)使用等價(jià)于指針. 因?yàn)楹瘮?shù)傳參是進(jìn)行值傳遞, 相當(dāng)于有一個(gè)指針變量記錄數(shù)組的地址值.

可以看到有的時(shí)候a看作一個(gè)數(shù)組(例如sizeof(a)是計(jì)算數(shù)組的內(nèi)存占用), 有時(shí)候a看作一個(gè)地址常量(例如計(jì)算sizeof(*a)和a+1的時(shí)候). 還有的時(shí)候完全是比較特殊的使用(例如&a得到的指向類型為int [10]的地址常量).

函數(shù)指針

函數(shù)名本身也是一個(gè)地址常量, 其指向類型為一個(gè)函數(shù). 實(shí)際指向的是函數(shù)在內(nèi)存中的指令集合的起始位置.

int foo(int a)
{
    return a;
}

int (*p_foo)(int a) = foo;

printf('%d, %d, %d\n', sizeof(foo), sizeof(*foo), sizeof(&foo));
printf('%d, %d\n', sizeof(p_foo), sizeof(*p_foo));

輸出值如下:

1. 對(duì)函數(shù)名本身計(jì)算類型占用內(nèi)存大小, 其值為1, 對(duì)于函數(shù)名的指向類型計(jì)算內(nèi)存占用大小其值也為1.

2. foo, *foo, &foo的類型相同, 但是sizeof(&foo)結(jié)果為8.

3. 函數(shù)指針可以進(jìn)行多次解引用, *****p_foo == *p_foo = p_foo.

4. 函數(shù)指針可以進(jìn)行調(diào)用, p_foo(3);

以上幾點(diǎn)可以認(rèn)為是函數(shù)的特殊情形, 直接記憶.

可以將函數(shù)的指令看作是一個(gè)unsigned char []的數(shù)組. 這樣函數(shù)名就好像是一個(gè)數(shù)組名一樣, 都是地址常量, 其指向類型為unsigned char類型. 但是函數(shù)指令的數(shù)組的長(zhǎng)度是未知的, 因此編譯器默認(rèn)輸出sizeof(foo)為1, sizeof(*foo)相當(dāng)于是sizeof(unsigned char)為1.

強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換

很多時(shí)候涉及到指針和強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換就會(huì)感覺比較麻煩, 實(shí)際上只要抓住類型這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)也可以很簡(jiǎn)單.

強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是一段內(nèi)存, 這段內(nèi)存里面的數(shù)據(jù)你把它當(dāng)作什么類型來看待.

double a = 23.456;
int   *b = (int *) &a;

那么變量a有一段內(nèi)存(8個(gè)字節(jié)), 里面存儲(chǔ)了23.456(按標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式存儲(chǔ)). 然后指針b指向這段內(nèi)存, 而且指針b的指向類型是int, 因此指針b認(rèn)為這段內(nèi)存里面存儲(chǔ)的是一個(gè)int類型的數(shù)據(jù).

小結(jié)

本文內(nèi)容不算全面, 但關(guān)鍵點(diǎn)都有.

每次看到指針的時(shí)候, 記住4個(gè)特征, 不管如何進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換, 多少級(jí)指針, 是否包含函數(shù)指針等, 看到指針 就思考下面4點(diǎn), 尤其是3,4. 練習(xí)多了之后就會(huì)發(fā)現(xiàn)指針本身不是很難, 難的是怎么判斷數(shù)據(jù)的類型.

1. 指針名稱

2. 指針類型

3. 指針內(nèi)容: 指向什么地方.

4. 指向類型: 指向內(nèi)存的數(shù)據(jù)類型是什么.