c语言指针是什么

it2025-03-24  9

计算机中所有的数据都必须放在内存中,不同类型的数据占用的字节数不一样,例如 int 占用 4 个字节,char 占用 1 个字节。为了正确地访问这些数据,必须为每个字节都编上号码,就像门牌号、身份证号一样,每个字节的编号是唯一的,根据编号可以准确地找到某个字节。 下图是 4G 内存中每个字节的编号(以十六进制表示): 我们将内存中字节的编号称为地址(Address)或指针(Pointer)。地址从 0 开始依次增加,对于 32 位环境,程序能够使用的内存为 4GB,最小的地址为 0,最大的地址为 0XFFFFFFFF。 下面的代码演示了如何输出一个地址:

#include <stdio.h> int main(){ int a = 100; char str[20] = "c.biancheng.net"; printf("%#X, %#X\n", &a, str); return 0; }

运行结果: 0X28FF3C, 0X28FF10%#X表示以十六进制形式输出,并附带前缀0X。a 是一个变量,用来存放整数,需要在前面加&来获得它的地址str 本身就表示字符串的首地址,不需要加&

C语言中有一个控制符 %p,专门用来以十六进制形式输出地址,不过 %p 的输出格式并不统一,有的编译器带 0x前缀,有的不带,所以此处我们并没有采用。

一切都是地址

C语言用变量来存储数据,用函数来定义一段可以重复使用的代码,它们最终都要放到内存中才能供 CPU 使用。数据和代码都以二进制的形式存储在内存中,计算机无法从格式上区分某块内存到底存储的是数据还是代码。当程序被加载到内存后,操作系统会给不同的内存块指定不同的权限,拥有读取和执行权限的内存块就是代码,而拥有读取和写入权限(也可能只有读取权限)的内存块就是数据。 CPU 只能通过地址来取得内存中的代码和数据,程序在执行过程中会告知 CPU 要执行的代码以及要读写的数据的地址。如果程序不小心出错,或者开发者有意为之,在 CPU 要写入数据时给它一个代码区域的地址,就会发生内存访问错误。这种内存访问错误会被硬件和操作系统拦截,强制程序崩溃,程序员没有挽救的机会。CPU 访问内存时需要的是地址,而不是变量名和函数名!变量名和函数名只是地址的一种助记符,当源文件被编译和链接成可执行程序后,它们都会被替换成地址。编译和链接过程的一项重要任务就是找到这些名称所对应的地址。 假设变量 a、b、c 在内存中的地址分别是 0X1000、0X2000、0X3000,那么加法运算c = a + b;将会被转换成类似下面的形式:

0X3000 = (0X1000) + (0X2000);

( )表示取值操作,整个表达式的意思是,取出地址 0X1000 和 0X2000 上的值,将它们相加,把相加的结果赋值给地址为 0X3000 的内存 变量名和函数名为我们提供了方便,让我们在编写代码的过程中可以使用易于阅读和理解的英文字符串,不用直接面对二进制地址,那场景简直让人崩溃。 需要注意的是,虽然变量名、函数名、字符串名和数组名在本质上是一样的,它们都是地址的助记符,但在编写代码的过程中,我们认为变量名表示的是数据本身,而函数名、字符串名和数组名表示的是代码块或数据块的首地址

数据在内存中的地址也称为指针,如果一个变量存储了一份数据的指针,我们就称它为指针变量。 在C语言中,允许用一个变量来存放指针,这种变量称为指针变量指针变量的值就是某份数据的地址,这样的一份数据可以是数组、字符串、函数,也可以是另外的一个普通变量或指针变量。

在说到普通变量和指针变量的区别时,我更喜欢从一个更高的视角去看待这两者。首先来说,这两者都是变量,既然是变量,就会包含地址和值这两部分,例如int a , 用&a获得该变量的地址,用a获得该变量的值; 普通变量和指针变量的区别就是,这两种 变量的值的所表示的意义不同, 一般来说,普通变量的值,只是供程序员所使用的值,而指针变量的值则不同,它的值存放的是其他变量的地址。既然普通变量和指针变量是有所区别的,那么声明一个指针变量就必须与普通变量有所区别,c语言用int* b 声明变量b是一个指针变量,即变量b的值是可以解析成另一个变量的地址的。 现在假设有一个 char 类型的变量 c,它存储了字符 'K'(ASCII码为十进制数 75),并占用了地址为 0X11A 的内存(地址通常用十六进制表示)。另外有一个指针变量 p,它的值为 0X11A,正好等于变量 c 的地址,这种情况我们就称 p 指向了 c,或者说 p 是指向变量 c 的指针。

定义指针变量

定义指针变量与定义普通变量非常类似,不过要在变量名前面加星号*,格式为:

datatype *name;

或者

datatype *name = value;

*表示这是一个指针变量datatype表示该指针变量所指向的数据的类型 。例如:

int *p1;

p1 是一个指向 int 类型数据的指针变量,至于 p1 究竟指向哪一份数据,应该由赋予它的值决定。再如:

int a = 100; int *p_a = &a;

在定义指针变量 p_a 的同时对它进行初始化,并将变量 a 的地址赋予它,此时 p_a 就指向了 a。值得注意的是,p_a 需要的一个地址,a 前面必须要加取地址符&,否则是不对的。 和普通变量一样,指针变量也可以被多次写入,只要你想,随时都能够改变指针变量的值,请看下面的代码:

//定义普通变量 float a = 99.5, b = 10.6; char c = '@', d = '#'; //定义指针变量 float *p1 = &a; char *p2 = &c; //修改指针变量的值 p1 = &b; p2 = &d;

*是一个特殊符号,表明一个变量是指针变量,定义 p1、p2 时必须带*。而给 p1、p2 赋值时,因为已经知道了它是一个指针变量,就没必要多此一举再带上*,后边可以像使用普通变量一样来使用指针变量。也就是说,定义指针变量时必须带*,给指针变量赋值时不能带*。 假设变量 a、b、c、d 的地址分别为 0X1000、0X1004、0X2000、0X2004,下面的示意图很好地反映了 p1、p2 指向的变化:

需要强调的是,p1、p2 的类型分别是float*和char*,而不是float和char,它们是完全不同的数据类型,读者要引起注意。 指针变量也可以连续定义,例如:

int *a, *b, *c; //a、b、c 的类型都是 int*

注意每个变量前面都要带*。如果写成下面的形式,那么只有 a 是指针变量,b、c 都是类型为 int 的普通变量:

int *a, b, c;

通过指针变量取得数据

指针变量存储了数据的地址,通过指针变量能够获得该地址上的数据,格式为:

*pointer;//表示pointer指向的地方

这里的*称为指针运算符,用来取得某个地址上的数据,请看下面的例子:

#include <stdio.h> int main(){ int a = 15; int *p = &a; printf("%d, %d\n", a, *p); //两种方式都可以输出a的值 return 0; }

运行结果: 15, 15 假设 a 的地址是 0X1000,p 指向 a 后,p 本身的值也会变为 0X1000,*p 表示获取地址 0X1000 上的数据,也即变量 a 的值。从运行结果看,*p 和 a 是等价的。 上节我们说过,CPU 读写数据必须要知道数据在内存中的地址,普通变量和指针变量都是地址的助记符,虽然通过 *p 和 a 获取到的数据一样,但它们的运行过程稍有不同:a 只需要一次运算就能够取得数据,而 *p 要经过两次运算,多了一层“间接”。 假设变量 a、p 的地址分别为 0X1000、0XF0A0,它们的指向关系如下图所示:

程序被编译和链接后,a、p 被替换成相应的地址。使用 *p 的话,要先通过地址 0XF0A0 取得变量 p 本身的值,这个值是变量 a 的地址,然后再通过这个值取得变量 a 的数据,前后共有两次运算;而使用 a 的话,可以通过地址 0X1000 直接取得它的数据,只需要一步运算。 也就是说,使用指针是间接获取数据,使用变量名是直接获取数据,前者比后者的代价要高。 指针除了可以获取内存上的数据,也可以修改内存上的数据,例如:

#include <stdio.h> int main(){ int a = 15, b = 99, c = 222; int *p = &a; //定义指针变量 *p = b; //通过指针变量修改内存上的数据 c = *p; //通过指针变量获取内存上的数据 printf("%d, %d, %d, %d\n", a, b, c, *p); return 0; }

运行结果: 99, 99, 99, 99 *p 代表的是 a 中的数据,它等价于 a,可以将另外的一份数据赋值给它,也可以将它赋值给另外的一个变量。*在不同的场景下有不同的作用:*可以用在指针变量的定义中,表明这是一个指针变量,以和普通变量区分开;使用指针变量时在前面加*表示获取指针指向的数据,或者说表示的是指针指向的数据本身。 也就是说,定义指针变量时的*和使用指针变量时的*意义完全不同。以下面的语句为例:

int *p = &a; *p = 100;

第1行代码中*用来指明 p 是一个指针变量,第2行代码中*用来获取指针指向的数据。 需要注意的是,给指针变量本身赋值时不能加*。修改上面的语句:

int *p; p = &a; *p = 100;

第2行代码中的 p 前面就不能加*。 指针变量也可以出现在普通变量能出现的任何表达式中,例如:

int x, y, *px = &x, *py = &y; y = *px + 5; //表示把x的内容加5并赋给y,*px+5相当于(*px)+5 y = ++*px; //px的内容加上1之后赋给y,++*px相当于++(*px) y = *px++; //相当于y=(*px)++ py = px; //把一个指针的值赋给另一个指针

【示例】通过指针交换两个变量的值。

#include <stdio.h> int main(){ int a = 100, b = 999, temp; int *pa = &a, *pb = &b; printf("a=%d, b=%d\n", a, b); /*****开始交换*****/ temp = *pa; //将a的值先保存起来 *pa = *pb; //将b的值交给a *pb = temp; //再将保存起来的a的值交给b /*****结束交换*****/ printf("a=%d, b=%d\n", a, b); return 0; }

运行结果: a=100, b=999 a=999, b=100 从运行结果可以看出,a、b 的值已经发生了交换。需要注意的是临时变量 temp,它的作用特别重要,因为执行*pa = *pb;语句后 a 的值会被 b 的值覆盖,如果不先将 a 的值保存起来以后就找不到了。

关于 * 和 & 的谜题

假设有一个 int 类型的变量 a,pa 是指向它的指针,那么*&a和&*pa分别是什么意思呢?*&a可以理解为*(&a),&a表示取变量 a 的地址(等价于 pa),*(&a)表示取这个地址上的数据(等价于 *pa),绕来绕去,又回到了原点,*&a仍然等价于 a。&*pa可以理解为&(*pa),*pa表示取得 pa 指向的数据(等价于 a),&(*pa)表示数据的地址(等价于 &a),所以&*pa等价于 pa。

对星号*的总结

在我们目前所学到的语法中,星号*主要有三种用途:

表示乘法,例如int a = 3, b = 5, c;  c = a * b;,这是最容易理解的。表示定义一个指针变量,以和普通变量区分开,例如int a = 100;  int *p = &a;。表示获取指针指向的数据,是一种间接操作,例如int a, b, *p = &a;  *p = 100;  b = *p;。

为什么指针变量要定义类型

虽然所有的指针都只占四个字节,但不同类型的变量却占不同的字节数。 一般来说,int占四个字节,char占一个字节.如果定义指针变量不定义类型,那么它在取*也就是取其中的值的时候,就不知道应该读取几个字节。 而定义了类型之后。如果是int型的就读四个字节,char型的就读一个字节。

不是定义指针类型,准确的说是定义它指向的变量的类型。比如一个int数据在内存里占的位置是4个字节,那么定义一个指向int的指针就要指向那4个字节大小的空间。 就像去宾馆开房,你总要跟老板说要多大的房间,不然他怎么知道你要多大的。。。总不能把一栋楼都给你吧。。 你不告诉电脑这个指针指向多大一块的空间,它怎么指~~

函数指针

函数指针是指向函数的指针变量。

通常我们说的指针变量是指向一个整型、字符型或数组等变量,而函数指针是指向函数。

函数指针可以像一般函数一样,用于调用函数、传递参数。

函数指针变量的声明:

typedef int (*fun_ptr)(int,int); // 声明一个指向同样参数、返回值的函数指针类型

实例

以下实例声明了函数指针变量 p,指向函数 max:

实例

#include <stdio.h> int max(int x, int y) { return x > y ? x : y; } int main(void) { /* p 是函数指针 */ int (* p)(int, int) = & max; // &可以省略 int a, b, c, d; printf("请输入三个数字:"); scanf("%d %d %d", & a, & b, & c); /* 与直接调用函数等价,d = max(max(a, b), c) */ d = p(p(a, b), c); printf("最大的数字是: %d\n", d); return 0; }

编译执行,输出结果如下:

请输入三个数字:1 2 3 最大的数字是: 3

回调函数

函数指针作为某个函数的参数

函数指针变量可以作为某个函数的参数来使用的,回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。

简单讲:回调函数是由别人的函数执行时调用你实现的函数。

以下是来自知乎作者常溪玲的解说:

你到一个商店买东西,刚好你要的东西没有货,于是你在店员那里留下了你的电话,过了几天店里有货了,店员就打了你的电话,然后你接到电话后就到店里去取了货。在这个例子里,你的电话号码就叫回调函数,你把电话留给店员就叫登记回调函数,店里后来有货了叫做触发了回调关联的事件,店员给你打电话叫做调用回调函数,你到店里去取货叫做响应回调事件。

实例

实例中 populate_array 函数定义了三个参数,其中第三个参数是函数的指针,通过该函数来设置数组的值。

实例中我们定义了回调函数 getNextRandomValue,它返回一个随机值,它作为一个函数指针传递给 populate_array 函数。

populate_array 将调用 10 次回调函数,并将回调函数的返回值赋值给数组。

实例

#include <stdlib.h> #include <stdio.h> // 回调函数 void populate_array(int *array, size_t arraySize, int (*getNextValue)(void)) { for (size_t i=0; i<arraySize; i++) array[i] = getNextValue(); } // 获取随机值 int getNextRandomValue(void) { return rand(); } int main(void) { int myarray[10]; /* getNextRandomValue 不能加括号,否则无法编译,因为加上括号之后相当于传入此参数时传入了 int , 而不是函数指针*/ populate_array(myarray, 10, getNextRandomValue); for(int i = 0; i < 10; i++) { printf("%d ", myarray[i]); } printf("\n"); return 0; }

编译执行,输出结果如下:

16807 282475249 1622650073 984943658 11441089
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