指針、引用和取值
什么是指針？什么是內(nèi)存地址？什么叫做指針的取值？指針是一個存儲計算機(jī)內(nèi)存地址的變量。在這份教程里“引用”表示計算機(jī)內(nèi)存地址。從指針指向的內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)稱作指針的取值。指針可以指向某些具體類型的變量地址，例如int、long和double。指針也可以是void類型、NULL指針和未初始化指針。本文會對上述所有指針類型進(jìn)行探討。
根據(jù)出現(xiàn)的位置不同，操作符 * 既可以用來聲明一個指針變量，也可以用作指針的取值。當(dāng)用在聲明一個變量時，*表示這里聲明了一個指針。其它情況用到*表示指針的取值。
&是地址操作符，用來引用一個內(nèi)存地址。通過在變量名字前使用&操作符，我們可以得到該變量的內(nèi)存地址。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | // 聲明一個int指針int *ptr;// 聲明一個int值int val = 1;// 為指針分配一個int值的引用ptr = &val;// 對指針進(jìn)行取值，打印存儲在指針地址中的內(nèi)容int deref = *ptr;printf("%d\n", deref); |
第2行，我們通過*操作符聲明了一個int指針。接著我們聲明了一個int變量并賦值為1。然后我們用int變量的地址初始化我們的int指針。接下來對int指針取值，用變量的內(nèi)存地址初始化int指針。最終，我們打印輸出變量值，內(nèi)容為1。
第6行的&val是一個引用。在val變量聲明并初始化內(nèi)存之后，通過在變量名之前使用地址操作符&我們可以直接引用變量的內(nèi)存地址。
第8行，我們再一次使用*操作符來對該指針取值，可直接獲得指針指向的內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)。由于指針聲明的類型是int，所以取到的值是指針指向的內(nèi)存地址存儲的int值。
這里可以把指針、引用和值的關(guān)系類比為信封、郵箱地址和房子。一個指針就好像是一個信封，我們可以在上面填寫郵寄地址。一個引用（地址）就像是一個郵件地址，它是實(shí)際的地址。取值就像是地址對應(yīng)的房子。我們可以把信封上的地址擦掉，寫上另外一個我們想要的地址，但這個行為對房子沒有任何影響。
void指針、NULL指針和未初始化指針
一個指針可以被聲明為void類型，比如void *x。一個指針可以被賦值為NULL。一個指針變量聲明之后但沒有被賦值，叫做未初始化指針。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | int *uninit; // int指針未初始化int *nullptr = NULL; // 初始化為NULLvoid *vptr; // void指針未初始化int val = 1;int *iptr;int *castptr;// void類型可以存儲任意類型的指針或引用iptr = &val;vptr = iptr;printf("iptr=%p, vptr=%p\n", iptr, vptr);// 通過顯示轉(zhuǎn)換，我們可以把一個void指針轉(zhuǎn)成// int指針并進(jìn)行取值castptr = (int *)vptr;printf("*castptr=%d\n", *castptr);// 打印null和未初始化指針printf("uninit=%p, nullptr=%p\n", uninit, nullptr);// 不知道你會得到怎樣的返回值，會是隨機(jī)的垃圾地址嗎？// printf("*nullptr=%d\n", nullptr);// 這里會產(chǎn)生一個段錯誤// printf("*nullptr=%d\n", nullptr); |
執(zhí)行上面的代碼，你會得到類似下面對應(yīng)不同內(nèi)存地址的輸出。
1 2 3 | iptr=0x7fff94b89c6c, vptr=0x7fff94b89c6c*castptr=1uninit=0x7fff94b89d50, nullptr=(nil) |
第1行我們聲明了一個未初始化int指針。所有的指針在賦值為NULL、一個引用（地址）或者另一個指針之前都是未被初始化的。第2行我們聲明了一個NULL指針。第3行聲明了一個void指針。第4行到第6行聲明了一個int值和幾個int指針。
第9行到11行，我們?yōu)閕nt指針賦值為一個引用并把int指針賦值為void指針。void指針可以保存各種其它指針類型。大多數(shù)時候它們被用來存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?？梢宰⒁獾?，第11行我們打印了int和void指針的地址。它們現(xiàn)在指向了同樣的內(nèi)存地址。所有的指針都存儲了內(nèi)存地址。它們的類型只在取值時起作用。
第15到16行，我們把void指針轉(zhuǎn)換為int指針castptr。請注意這里需要顯示轉(zhuǎn)換。雖然C語言并不要求顯示地轉(zhuǎn)換，但這樣會增加代碼的可讀性。接著我們對castptr指針取值，值為1。
第19行非常有意思，在這里打印未初始化指針和NULL指針。值得注意的是，未初始化指針是有內(nèi)存地址的，而且是一個垃圾地址。不知道這個內(nèi)存地址指向的值是什么。這就是為什么不要對未初始化指針取值的原因。最好的情況是你取到的是垃圾地址接下來你需要對程序進(jìn)行調(diào)試，最壞的情況則會導(dǎo)致程序崩潰。
NULL指針被初始化為o。NULL是一個特殊的地址，用NULL賦值的指針指向的地址為0而不是隨機(jī)的地址。只有當(dāng)你準(zhǔn)備使用這個地址時有效。不要對NULL地址取值，否則會產(chǎn)生段錯誤。
指針和數(shù)組
C語言的數(shù)組表示一段連續(xù)的內(nèi)存空間，用來存儲多個特定類型的對象。與之相反，指針用來存儲單個內(nèi)存地址。數(shù)組和指針不是同一種結(jié)構(gòu)因此不可以互相轉(zhuǎn)換。而數(shù)組變量指向了數(shù)組的第一個元素的內(nèi)存地址。
一個數(shù)組變量是一個常量。即使指針變量指向同樣的地址或者一個不同的數(shù)組，也不能把指針賦值給數(shù)組變量。也不可以將一個數(shù)組變量賦值給另一個數(shù)組。然而，可以把一個數(shù)組變量賦值給指針，這一點(diǎn)似乎讓人感到費(fèi)解。把數(shù)組變量賦值給指針時，實(shí)際上是把指向數(shù)組第一個元素的地址賦給指針。
1 2 3 4 5 6 7 8 | int myarray[4] = {1,2,3,0};int *ptr = myarray;printf("*ptr=%d\n", *ptr);// 數(shù)組變量是常量，不能做下面的賦值// myarray = ptr// myarray = myarray2// myarray = &myarray2[0] |
第1行初始化了一個int數(shù)組，第2行用數(shù)組變量初始化了一個int指針。由于數(shù)組變量實(shí)際上是第一個元素的地址，因此我們可以把這個地址賦值給指針。這個賦值與int *ptr = &myarray[0]效果相同，顯示地把數(shù)組的第一個元素地址賦值到了ptr引用。這里需要注意的是，這里指針需要和數(shù)組的元素類型保持一致，除非指針類型為void。
指針與結(jié)構(gòu)體
就像數(shù)組一樣，指向結(jié)構(gòu)體的指針存儲了結(jié)構(gòu)體第一個元素的內(nèi)存地址。與數(shù)組指針一樣，結(jié)構(gòu)體的指針必須聲明和結(jié)構(gòu)體類型保持一致，或者聲明為void類型。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | struct person { int age; char *name;};struct person first;struct person *ptr;first.age = 21;char *fullname = "full name";first.name = fullname;ptr = &first;printf("age=%d, name=%s\n", first.age, ptr->name); |
第1至6行聲明了一個person結(jié)構(gòu)體，一個變量指向了一個person結(jié)構(gòu)體和指向person結(jié)構(gòu)體的指針。第8行為age成員賦了一個int值。第9至10行我們聲明了一個char指針并賦值給一個char數(shù)組并賦值給結(jié)構(gòu)體name成員。第11行我們把一個person結(jié)構(gòu)體引用賦值給結(jié)構(gòu)體變量。
第13行我們打印了結(jié)構(gòu)體實(shí)例的age和name。這里需要注意兩個不同的符號，’.’ 和 ‘->’ 。結(jié)構(gòu)體實(shí)例可以通過使用 ‘.’ 符號訪問age變量。對于結(jié)構(gòu)體實(shí)例的指針，我們可以通過 ‘->’ 符號訪問name變量。也可以同樣通過(*ptr).name來訪問name變量。
總結(jié)
希望這份簡短的概述能夠有助于了解不同的指針類型。在后續(xù)的博文中我們會探討其它類型的指針和高級用法，比如函數(shù)指針。
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