C语言基础篇5：指针(一)

指针是C语言的核心、精髓所在，用好了指针可以在C语言编程中起到事半功倍的效果。指针一方面可以提高程序的编译效率和执行速度，而且还可以通过指针实现动态的存储分配，另一方面使用指针可使程序更灵活，便于表示各种数据结构，编写高质量的程序。同时，其抽象概念，学习过程中要多看多练，使用时应多注意，否则操作不当会导致整个程序收到破坏。

1 指针相关概念

指针是C语言最显著的优点之一，指针使用起来十分灵活而且能提高某些程序的效率，但是指针使用不当，会很容易造成系统错误，往往许多程序“挂死”的大部分原因都是错误地使用指针所造成的。

1.1 地址与指针

系统的内存就像带有编号的房间，如果想使用内存就需要得到房间编号。例如，定义一个整型变量i,整型变量需要4个字节，所以编译器为变量i分配编号从1000~1003。

什么是地址？地址就是内存区中对每个字节的编号，例如上面的1000~1003就是地址。

什么是指针？这里仅把指针看作是内存的一个地址，多数情况下，这个地址是内存中另一个变量的位置，如下图：

上图中定义了一个变量，在进行编译时就会给这个变量在内存中分配一个地址，通过访问这个地址就可以找到所需的变量，该变量的地址称为该变量的指针。上图中的地址1000就是变量i的指针。

【说明】在C语言中，存取变量值的方法有两种。按变量地址存取变量的方式称为“直接访问”；将变量地址存放在另一个变量中，先找到存放“变量地址”的另一个变量，通过另一个变量找到变量的地址，这种方法称为“间接访问”。

1.2 指针变量

1.2.1 变量与指针

变量的地址是变量和指针两者之间连接的纽带，如果一个变量包含了另一个变量的地址，那么，第一个变量可以说成是指向第二个变量。所谓“指向”就是通过地址来体现的，在程序中用“*”表示指向。因为指针变量是指向一个变量的地址，所以将一个变量的地址值赋给这个指针变量后，这个指针变量就“指向”了该变量。例如，将变量i地址存放到指针变量p中，p就指向i。在程序代码中是通过变量名来对内存单元进行存取操作的，但是代码经过编译后已经将变量名转换成该变量在内存的存放地址，对变量值的存取都是通过地址进行的。例如，对变量i和j进行如下操作：

    int i,j;
    i + j;

其含义根据变量名与地址的对应关系，找到变量i的地址1000，然后从1000开始读取4个字节数据放到CPU寄存器中，在找到变量j的地址1004，从1004开始读取4个字节的数据放到CPU的另一个寄存器中，通过CPU计算出结果。

1.2.2 使用指针变量

由于通过地址能访问指定的内存存储单元，可以说是地址“指向”该内存单元。地址可以称之为指针，意思是通过指针就能找到内存单元。一个变量的地址称为该变量的指针。如果有一个变量专门用来存放另一个变量的地址，它就是指针变量。在C语言中有专门用来存放内存单元地址的变量类型，就是指针类型。

指针变量的一般形式：类型说明 * 变量名。其中，*表示这是一个指针变量，变量名即为定义的指针变量名，类型说明本指针变量所指向的变量的数据类型。

指针变量的赋值，指针变量同普通变量一样，使用之前不仅要定义，而且必须赋予具体的值。未经赋值的指针变量不能使用。给指针变量所赋的值与给其他变量所赋的值不同，给指针变量的赋值只能赋予地址，而不能赋予任何其他数据，否则将引起错误。C语言提供了地址运算符“&”来表示变量的地址。一般形式为：& 变量名。例如，&a表示变量a的地址，&b表示变量b的地址。给一个指针变量赋值可以有两种方法。

1、定义指针变量的同时进行赋值：int a；int *p = &a；

2、先定义指针变量，之后在赋值：int a；int *p ；p = &a；

【注意】两者的区别，如果在定义完指针变量之后再赋值，注意不要加*。

【示例1】利用指针输出数据。

#include <stdio.h>
int main(){
    int a,b;
    //声明两个指针变量
    int *ip1,*ip2;
    printf("请输入苹果和香蕉的价格 \n");
    scanf("%d,%d",&a,&b);
    ip1 = &a;
    ip2 = &b;
    printf("苹果的价格是: %d/一斤 \n",*ip1);
    printf("香蕉的价格是：%d/一斤 \n",*ip2);
    return 0;
}

指针变量的引用

引用指针变量是对变量进行间接访问的一种形式。对指针变量的引用形式如下：

* 指针变量。其含义是引用指针变量所指向的值。

【示例2】利用指针变量实现数据的输入、输出。

#include <stdio.h>
int main(){
    int *p,q;
    printf("请输入香蕉的价格: \n");
    scanf("%d",&q);
    p = &q;
    printf("香蕉的价格是：%d 元一斤\n",*p);
    return 0;
}

1.3 & 和 * 运算符

上面介绍指针变量的过程中用到了两个运算符& 和 * ，& 是一个返回操作数地址的单目运算符，叫做取地址运算符，例如：p = &a。就是把变量a的内存地址赋给p，这个地址是该变量在计算机内部存储的地址。

* 是单目运算符，叫做指针运算符，作用是返回指定地址内变量的值，如上面提到的p中装有变量a的内存地址，则 q = *p。就是把变量a的值赋给q，假如a = 5，那么q = 5.

指针运算符和取地址运算符可以组合使用，那么&*和*&有什么区别呢？有如下语句：

int a;
p = &a;

通过以上两个语句来发分析 &* 和 *& 之间的区别，&和*的运算符优先级别相同，按自右而左的方向结合。因此&*先计算*运算，*p相当于变量a；再进行&运算，&*p就相当于取变量a的地址。*&a先计算&运算，&a就是取变量a的地址，再进行*计算，*&a相当于取变量a所在地址的值，实际就是a变量。

【示例1】 &* 应用。

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    long i;
    long *p;
    printf("请输入一个数值：\n");
    scanf("%ld",&i);
    p = &i;
    printf("输出&*p结果是：%ld\n",&*p);
    printf("输出&i结果是：%ld\n",&i);
    return 0;
}

【示例2】*& 应用

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    long i, *p;
    printf("请输入一个数值：\n");
    scanf("%ld",&i);
    p = &i;
    printf("输出*&i的结果是：%ld\n",*&i);
    printf("输出i的结果是：%ld\n",i);
    printf("输出*p的结果是：%ld\n",*p);
    return 0;
}

其中，示例1：&*p和&i的作用相同，都是取变量i的地址。

示例2：*&p和*p相同，取变量的值。

1.4 指针的算术运算

指针有加减两种运算，即指针的自加和自减，这不同于普通变量的自加自减运算，并不是简单的加1或减1。

【示例1】整型变量地址输出

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int i;
    int *p;
    printf("请输入一个数值：\n");
    scanf("%d",&i);
    p = &i;
    printf("p的结果是：%d\n",p);
    p++;
    printf("p的结果是：%d\n",p);
    return 0;
}

把上面代码的变量修改为short变量，再次执行。

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    short i;
    short *p;
    printf("请输入一个数值：\n");
    scanf("%d",&i);
    p = &i;
    printf("p的结果是：%d\n",p);
    p++;
    printf("p的结果是：%d\n",p);
    return 0;
}

从两个示例可以看出，这里的指针自加不是简单的在地址上加1，而是指向下一个存放基本整型数的地址，第一个示例的变量是基本整型，所以p++后，p的值增加4（基本整型占4个字节）；第二个示例的变量定义为短整型，所以p++后p的值加2（短整型占2个字节）。

【结论】指针都是按照它所指向的数据类型的直接长度进行加减的。

【范例1】转向的指针：通过交换两个指针变量的值取改变指针的方向。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int *p1,*p2,a,b,*t;
    printf("请输入a,b的值\n");
    scanf("%d,%d",&a,&b);
    p1 = &a;
    p2 = &b;
    if(*p1 < *p2){
        t = p1;
        p1 = p2;
        p2 = t;
    }
    printf("%d > %d\n",*p1,*p2);
    return 0;
}

2 一维数组与指针

数组在内存中存放也同样具有地址。对于数组来说，数据名就是数组在内存中存储的首地址。指针变量用于存放变量的地址，自然也可以存放数组的首地址或数组元素的地址，这样就给数组和指针之间建立了一个联系。

2.1 指向数组元素的指针

当定义了一个一维数组时，系统会在内存中为该数组分配一个存储空间。其数组的名字就是数组在内存的首地址。如果在定义一个指针变量，并将数组的首地址传给指针变量，则该指针就指向了这个一维数组。如：int *p,a[10]; p = a;

这里a是数组名，也就是数组的首地址，将它赋给指针变量p，也就是将数组a的首地址赋给p，也可以写成：int *p,a[10]; p = &a[0]。

【注意】在将数组名赋给指针变量时不需要写“&”，但是将数组首地址赋给指针变量时，需要加上“&”。

【示例2.1.1】输出数组的元素。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int *p,*q,a[5],b[5],i;
    p = &a[0];
    q = b;
    printf("请输入数组a中的元素:\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        scanf("%d",&a[i]);
    }
    printf("请输入数组b中的元素：\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        scanf("%d",&b[i]);
    }
    printf("数组a的元素是：\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        printf("%5d",*(p+i));
    }
    printf("\n");
    printf("数组b的元素是“\n");
    for( i =0;i<5;i++){
        printf("%5d",*(q+i));
    }
    printf("\n");
}

2.2 使用指针访问数组

对于一维数组的引用有两种方法：一种是下标法，另一种是指针法。下标法是采用a[i]的形式引用数组中的元素，而指针法时本篇主要介绍的，首先看下面两条语句：int *p,a[10]; p = &a;

上面的语句将作以下几方面介绍：

1、p + n 与 a + n表示数组元素a[n]的地址，即&a[n]。对整个a数组来说，共有10个元素，n的取值是0~9，则数组元素的地址就可以表示为p+0~p+9或者a+0~a+9，如下图

2、如何来表示数组中的元素用到了前面介绍的数组元素的地址，用*(p+n)和*(a+n)来表示数组中的各个元素。例如下面的语句：printf("%10d",*(p+i)) ;printf("%10d",*(q+i))；分别表示输出数组a和数组b中对应的元素。

上面提到可以用a+n表示数组元素的地址，*(a+n)表示数组元素，那么就可以把上面的程序进行改造：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int *p,*q,a[5],b[5],i;
    p = &a[0];
    q = b;
    printf("请输入数组a中的元素:\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        scanf("%d",&a[i]);
    }
    printf("请输入数组b中的元素：\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        scanf("%d",&b[i]);
    }
    printf("数组a的元素是：\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        printf("%5d",*(a+i));
    }
    printf("\n");
    printf("数组b的元素是“\n");
    for( i =0;i<5;i++){
        printf("%5d",*(b+i));
    }
    printf("\n");
}

3、表示指针的移动可以使用”++“和”--“运算符，利用”++“运算符可以把上面的程序再次改造

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int *p,*q,a[5],b[5],i;
    p = &a[0];
    q = b;
    printf("请输入数组a中的元素:\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        scanf("%d",p++);
    }
    printf("请输入数组b中的元素：\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        scanf("%d",q++);
    }
    p = a;
    q = b;
    printf("数组a的元素是：\n");
    for(i = 0;i<5;i++){
        printf("%5d",*p++);
    }
    printf("\n");
    printf("数组b的元素是“\n");
    for( i =0;i<5;i++){
        printf("%5d",*q++);
    }
    printf("\n");
}

【示例2.1】查找数列中的最值。输入10个整型数字，自动查找这些数中的最大值和最小值。

#include <stdio.h>
void max_min(int a[],int n,int *max,int *min){
    int *p;
    *max = *min = *a;
    for(p = a + 1;p < a + n; p ++){
        if(*p > *max){
            *max = *p;
        }else if(*p< *min){
            *min = *p;
        }
    }
}

int main(void) {
    
    int i,a[10];
    int max,min;
    printf("请输入10个整数:\n");
    for(i = 0;i<10;i++){
        scanf("%d",&a[i]);
    }
    max_min(a,10,&max,&min);
    printf("最大值是:%d\n",max);
    printf("最小值是：%d\n",min);
    getchar();
    
}

3 字符串与指针

字符串常量是由双引号组成的字符序列，表示字符串可以用字符数组，即通过数组名来表示字符串，数组名就是数组的首地址，是字符串的起始地址。现在将字符串数组的名赋予一个指向字符类型的指针变量，让字符类型指针指向字符串在内存的首地址，对字符串的表示就可以用指针实现。

3.1 字符型指针

字符型指针就是指向字符型内存空间的指针变量，一般形式为：char *p ，使用字符型指针可以访问字符串。

【示例3.1】字符型指针

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    char *string = "生当作人杰，死亦为鬼雄\n";
    printf("%s\n",string);
    return 0;
}

【示例3.1.1】声明两个字符数组，将str1中的字符串复制到str2中

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    char str1[]="生当作人杰，死亦为鬼雄",str2[15],*p1,*p2;
    p1 = str1;
    p2 = str2;
    while(*p1 != '\0'){
        *p2 = *p1;
        p1 ++;
        p2 ++;
    }
    *p2 = '\0';
    printf("第二个字符串的内容是:\n");
    puts(str2);
    return 0;
}

3.2 字符串数组

这里提到的字符串数组与前面提到的字符数组不同，字符数组是一个一维数组，而字符串数组是以字符串作为数组元素的数组，可以将其看成一个二维字符数组。例如下面一个简单的字符串数组定义：

char country[5][20] =
    {
        "中国",
        "美国",
        "俄罗斯",
        "英国",
        "法国"
    }

字符型数组变量country被定义为含有5个字符串的数组，每个字符串的长度要小于20(要考虑字符串最后的'\0')。通过观察上面定义的字符串数组会发现，元素的长度远远小于其定义的20个字节的空间，这样会造成空间浪费。为了解决这个问题，可以使用指针数组，每个指针指向所需要的字符常量，这种方法虽然需要再数组中保存字符指针，同样也占用空间，但要远少于字符串数组所需要的空间。

那么什么是指针数组呢？一个数组，其元素均为指针类型数据，成为指针数组。也就是说，指针数组中的每一个元素都相当于一个指针变量。一维指针数组的定义形式：

类型名数组名[数组长度]

【例3.2.1】输出一周7天

#include <stdio.h>

int main() {
    int i;
    char *month[] = {
        "星期一",
        "星期二",
        "星期三",
        "星期四",
        "星期五",
        "星期六",
        "星期日"
    };
    for(i = 0;i<7;i++){
        printf("%s \n",month[i]);
    }
    return 0;
    
   
}