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本文主要介紹C語(yǔ)言中指針的基本概念與用法，本博文從零開(kāi)始講解指針，只要你了解基本的C語(yǔ)法，相信你看完本文后一定會(huì)有所收獲。

一. What（什么是指針）

1. 地址初了解

要搞明白什么是指針，首先我們得先了解一個(gè)概念：地址。

什么是地址呢？

我們知道，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存是一塊連續(xù)的大塊存儲(chǔ)空間，為了提高 CPU 查找數(shù)據(jù)的效率，我們將這塊連續(xù)的存儲(chǔ)空間以字節(jié)為單位進(jìn)行編號(hào)，每個(gè)字節(jié)都一一對(duì)應(yīng)了一個(gè)編號(hào)，這個(gè)編號(hào)就叫做地址。

舉個(gè)形象的例子：

如果我們把一座宿舍樓看做是內(nèi)存，那么宿舍樓里的房間我們就可以看成是內(nèi)存里的每一個(gè)字節(jié)，那么每個(gè)房間的門(mén)牌號(hào)就可以看做是地址。

為什么要有地址？

通過(guò)上面的例子，我們很容易了解到地址存在的意義。試想，如果宿舍樓里的房間都沒(méi)有門(mén)牌號(hào)，我們就很難描述一指定房間的具體位置。CPU 對(duì)內(nèi)存的處理也是如此，如果沒(méi)有地址，CPU 就沒(méi)有辦法確定指定內(nèi)存的具體位置，從而正確且快速的訪問(wèn)到該內(nèi)存空間。

2. 指針概念

指針就是地址
指針就是地址
指針就是地址

重要的事情說(shuō)三遍，我們必須明確的知道一件事，指針就是地址，可以理解為，指針是地址在C語(yǔ)言里的一種特殊叫法。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int *p = &a;		// p是不是指針？
	printf("%p\n", p);  // %p 可以格式化輸出地址。
	return 0;
}

既然如此，上述代碼中 p 是不是指針呢？

我們說(shuō)過(guò)指針就是地址，而 p 是不是地址？當(dāng)然不是！地址是一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)，就像 int a = 10; 我們能說(shuō) a 就是 10 嗎？當(dāng)然不能，10是一個(gè)整形常量，而 a 是一個(gè)整形變量，我們只能說(shuō) a 里面存放的值是 10，而不能簡(jiǎn)單的說(shuō) a 就是 10。

同理，上述代碼中的 p 是一個(gè)變量，里面存放的是 a 的地址，我們稱它為指針變量。所以嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，p 不是指針，而是指針變量。就像 a 不是整數(shù)10，而是整形變量一樣。

那么什么是指針呢，我們把這段代碼運(yùn)行起來(lái)：

C++指針與數(shù)組：指針詳解

沒(méi)錯(cuò)，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，這段數(shù)字才真正的叫做指針 (地址值在計(jì)算機(jī)中一般以16進(jìn)制顯示)。

3. 指針與指針變量

通過(guò)上面的講解，相信大家可以理解，指針是地址，是一個(gè)常量，而指針變量是一個(gè)變量，里面存放的是指針，這兩者之間有著本質(zhì)區(qū)別。

看到這，相信有些同學(xué)就有疑問(wèn)了：明明上課的時(shí)候，或者某些書(shū)上都將指針變量統(tǒng)稱為指針，就像上例中的 p 平時(shí)都叫做指針，為什么現(xiàn)在又說(shuō) p 不是指針呢？

請(qǐng)大家注意，我說(shuō) p 不是指針是在嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)。

在日常使用中，我們經(jīng)常把指針和指針變量混為一談。這似乎成為了一種習(xí)慣，甚至我在下面的表述中都可能將指針變量表述為指針。

結(jié)論是：我們?cè)谌粘Ｊ褂弥校梢阅：羔樑c指針變量的概念，把指針變量統(tǒng)稱為指針，但是，我們心里必須清楚的意識(shí)到，指針和指針變量的本質(zhì)區(qū)別，以及你叫的這個(gè)東西到底是指針還是指針變量。

二. Why（為什么要有指針）

經(jīng)過(guò)上面的講解，相信這個(gè)問(wèn)題就非常簡(jiǎn)單了。指針就是地址，那么為什么要有地址？究其原因就是，為了提高查找效率。

試想如果沒(méi)有地址的存在，我們寫(xiě)下 int a = 10; 的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在內(nèi)存中開(kāi)辟一4字節(jié)的空間存放10這個(gè)數(shù)值。而我們 CPU 在訪問(wèn)的時(shí)候，由于沒(méi)有地址的存在只能在內(nèi)存中一塊一塊的遍歷對(duì)比查找，而有了地址，內(nèi)存就可以把地址值告訴 CPU，CPU 就可以根據(jù)地址值直接定位到該內(nèi)存，大大提高了 CPU 訪問(wèn)內(nèi)存的效率與準(zhǔn)確性。

三. How（如何使用指針）

1. 基本定義

指針變量的定義格式較簡(jiǎn)單，只要在類型和變量名之間加上 * 操作符，就可以定義該類型的指針變量。

int *a = NULL;				//定義整形指針變量
double *d = NULL;			//定義雙精度浮點(diǎn)型指針變量
struct stdnt *ps = NULL;	//定義結(jié)構(gòu)體指針變量

注: NULL 是指針變量初始化的時(shí)候常用的宏定義，稱其為空指針，本質(zhì)為 0 值。

如果定義時(shí)不初始化，如：

int *a;

我們知道，變量如果不初始化，其中的值就是隨機(jī)值，也就是此時(shí)的指針變量 a 里面存放的是隨機(jī)值，如果此時(shí)訪問(wèn) a 變量就會(huì)以這個(gè)隨機(jī)值作為地址訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存，這種操作是非法的。這種不初始化的指針我們稱之為野指針。

所以，為了避免野指針的出現(xiàn)，我們?cè)诙x指針變量時(shí)盡量對(duì)其進(jìn)行初始化。

2. 取地址操作符 &

我們使用指針就是使用地址，那么地址從何而來(lái)？我們可不可以這么寫(xiě)代碼：

int *a = 0x11223344;

我們把 0x11223344 看做是地址值交給整形指針變量 a 來(lái)存儲(chǔ)。語(yǔ)法上沒(méi)有問(wèn)題，但是這樣寫(xiě)毫無(wú)意義！因?yàn)?0x11223344 這個(gè)地址對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是未知的，我們并沒(méi)有讀取和訪問(wèn)的權(quán)限，這時(shí)候的 a 變量就相當(dāng)于一個(gè)野指針。

事實(shí)上，我們的地址是由 & 取地址符取出來(lái)的。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int *p = &a;
	return 0;
}

這里我們定義了整形變量 a，取地址符取出了 a 的地址并把它賦給整形指針變量 p。

這里就有一個(gè)疑問(wèn)，a 是一個(gè)整形變量，占4字節(jié)的空間，而通過(guò)上面的介紹，我們知道內(nèi)存的地址編號(hào)是以字節(jié)為單位的，這就意味著變量 a 其實(shí)存在4個(gè)地址，那么 &a 究竟取出的是哪一個(gè)地址呢？

上結(jié)論：

在C語(yǔ)言中，對(duì)任意類型的變量或者數(shù)組取地址，永遠(yuǎn)取得是數(shù)值上最小的那個(gè)地址。

我們畫(huà)一下上面代碼的內(nèi)存分布圖：

C++指針與數(shù)組：指針詳解

假設(shè)從左向右地址依次升高，那么 p 里面存放的就是 a 變量4字節(jié)中地址最低的那個(gè)字節(jié)的地址。

3. 解引用操作符 *

我們上面說(shuō)到，對(duì)變量取地址取得是地址最低的字節(jié)即首字節(jié)地址，那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)這一個(gè)字節(jié)的地址訪問(wèn)到原變量里的數(shù)據(jù)呢，這里就需要使用 * 操作符：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int *p = &a;
	*p = 20;     // 等價(jià)于 a = 20
	printf("%d\n", *p);
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

看上面的代碼，我們把 a 變量的地址賦值給指針變量 p，通過(guò) *p 即可訪問(wèn)到該變量的內(nèi)容。

那么 * 操作符到底是如何使用的呢，下面給出結(jié)論：

對(duì)指針解引用，就是指針指向的目標(biāo)。

就像上例中 *p 是什么？*p 就是 a，*p 就是 a，*p就是a，重要的事情說(shuō)三遍。所以，如果我改變 *p 的值，完全等價(jià)于直接改變 a 變量的值。

上面的代碼運(yùn)行結(jié)果：

C++指針與數(shù)組：指針詳解

那么，我們看下面這段代碼：

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	int *p = &a;
	printf("0x%x\n", *(char*)p);
	return 0;
}

注意，我們說(shuō) *p 就是 a，但是，這里的 *p 被強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化為 char* 類型之后再進(jìn)行的解引用操作，此時(shí)的 p 就是一個(gè)字符類型的指針，因?yàn)樽址?char 類型在C中只占一個(gè)字節(jié)，對(duì)其進(jìn)行解引用只能訪問(wèn)一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容。而我們說(shuō)過(guò) p 中存放的是 a 變量的首字節(jié)的地址，即 44 的地址 (至于為什么，請(qǐng)讀者自己了解大小端的內(nèi)容)，解引用就只訪問(wèn)到了 44：

C++指針與數(shù)組：指針詳解

4. 結(jié)構(gòu)體指針

下面定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體：

typedef struct Student
{
	int age;
	char name[20];
	char sex[2];
}STD;

C語(yǔ)言中任何數(shù)據(jù)類型都有其對(duì)于的指針類型，結(jié)構(gòu)體也不例外，如下：

int main()
{
	STD s = { 18, "張三", "男" };
	STD *ps = &s;		// 定義結(jié)構(gòu)體指針
	printf("%s\n%d\n%s\n", s.name, s.age, s.sex);
}

我們定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量并初始化，通過(guò) . 操作符可以很容易訪問(wèn)到結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容。那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)結(jié)構(gòu)體指針變量 ps 來(lái)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容呢？

我們說(shuō)過(guò)對(duì)指針解引用，就是指針指向的目標(biāo)，那么請(qǐng)讀者思考，*ps 是什么呢？沒(méi)錯(cuò) *ps 就是 s變量，既然如此，我們就可以這么訪問(wèn)：

	printf("%s\n%d\n%s\n", (*ps).name, (*ps).age, (*ps).sex);
	//注：因 . 操作符優(yōu)先級(jí)高于 * 操作符，故 (*ps) 必須加括號(hào)

C++指針與數(shù)組：指針詳解

C語(yǔ)言可能認(rèn)為這樣寫(xiě)太麻煩，于是對(duì)于結(jié)構(gòu)體指針我們可以使用 -> 操作符直接訪問(wèn)到結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容：

	printf("%s\n%d\n%s\n", ps->name, ps->age, ps->sex);

ps->name 寫(xiě)法完全等價(jià)于 (*ps).name 這樣的寫(xiě)法。
注：-> 操作符只在結(jié)構(gòu)體指針變量訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體成員時(shí)使用。

5. 多級(jí)指針

首先問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題，指針變量是不是變量？是變量。既然是變量，那么就有地址，我們依然可以把指針變量的地址存入一個(gè)新的變量，此變量我們可以稱為二級(jí)指針變量：

int a = 10;
int *pa = &a;
int **ppa = &pa;  // 定義二級(jí)指針變量
*ppa;  //等價(jià)于 pa
**ppa; //等價(jià)于 *pa，即等價(jià)于 a

二級(jí)指針大家不要看的多么神秘，所謂二級(jí)指針其實(shí)也就是一個(gè)指針變量，只不過(guò)里面存放的是另一個(gè)指針變量的地址而已。
既然如此，二級(jí)指針變量是不是變量呢？它能不能取地址存入另外一個(gè)三級(jí)指針變量呢？那么，三級(jí)指針變量是不是變量呢？… 如果你愿意，可以一直這么套娃下去~

6.指針變量的命名規(guī)范

之所以把這塊單獨(dú)分出來(lái)講，是因?yàn)閷?duì)指針變量進(jìn)行一個(gè)好的命名規(guī)范，不僅有利于提高代碼的可讀性，更有助于我們理解一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的代碼。

指針的命名習(xí)慣上在原變量名前加字母 p。 如定義整形變量 a ，其指針變量就命名為 pa, 定義結(jié)構(gòu)體變量 std 其對(duì)應(yīng)指針變量命名為 pstd，如果對(duì) pstd 再次取地址存入二級(jí)指針變量，那么該二級(jí)指針變量就應(yīng)該命名為 ppstd。

四. 我對(duì)指針的一些理解

都說(shuō)指針是C語(yǔ)言的靈魂，那么指針的魅力究竟在何處？

我們看這段交換兩個(gè)數(shù)的代碼：

#include <stdio.h>
void Swap(int a, int b)
{
	int t = a;
	a = b;
	b = t;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	Swap(a, b);
	printf("a = %d\n", a);
	printf("b = %d\n", b);
	return 0;
}

我們應(yīng)該知道，這段代碼是無(wú)法完成 a, b 的交換的，因?yàn)?Swap() 里的 a, b 只不過(guò)是 main() 函數(shù)里 a, b 的一份拷貝。即，Swap() 函數(shù)里 a, b 的改變是不會(huì)影響 main() 函數(shù)的。這種傳參的方式我們稱之為傳值。

可是我們這么寫(xiě)：

#include <stdio.h>
void Swap(int *pa, int *pb)
{
	int t = *pa;
	*pa = *pb;
	*pb = t;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	Swap(&a, &b);
	printf("a = %d\n", a);
	printf("b = %d\n", b);
	return 0;
}

main() 傳參時(shí)傳 a, b 的地址，Swap() 函數(shù)使用指針進(jìn)行接收，內(nèi)部使用解引用方式進(jìn)行交換，我們就可以完成真正的交換功能。這種傳參的方式我們稱之為傳址。

我在一篇文章上看到這樣一個(gè)說(shuō)法，可謂是對(duì)指針理解到了本質(zhì)：

傳值就是傳值。
傳址就是傳值本身。

值和值本身兩個(gè)概念希望大家能夠深刻理解。

如同我們 Swap() 函數(shù)的第一種寫(xiě)法，main() 函數(shù)僅僅是將 a, b 的值傳遞給了 Swap() 函數(shù)進(jìn)行處理，可無(wú)論 Swap() 函數(shù)對(duì)其做什么樣的處理，也依然無(wú)法改變?cè)瓉?lái) a, b 的值。

而 Swap() 的第二種寫(xiě)法，main() 函數(shù)傳的是 a, b 的地址，相當(dāng)于傳的是 a, b 本身，這樣 Swap() 在進(jìn)行處理時(shí)便可直接改變?cè)瓉?lái)的 a, b 的值。