指標還沒弄清楚？一篇文章搞定 “地址、指標、指標的指標、引用”，並附程式碼示例，建議收藏！

Newton爱编程發表於2024-11-22
指標

一個程式設計師對計算機底層原理的理解，決定了他職業生涯的上限。

在程式設計的世界裡，尤其是C語言這一領域，指標無疑是最重要且最具特色的概念之一。它不僅揭示了記憶體操作的底層細節，還為高效程式設計提供了無限可能。
只有真正理解了指標，才算把握住了C語言的精髓，進而為學習高階語言打下堅實的基礎。
一、地址與指標
在 C 語言中，計算機的記憶體被劃分為一個個儲存單元，每個儲存單元都有一個唯一的編號，這個編號就是記憶體地址。而指標則是一個變數，它儲存的是記憶體地址。透過指標，我們可以直接訪問記憶體中的資料，這也是 C 語言強大和靈活的一個重要原因。
只有理解了指標，才真正理解了 C 語言的精髓，才能對記憶體有更好的理解。因為指標允許我們直接操作記憶體，這使得我們可以更加高效地管理記憶體資源，實現各種複雜的資料結構和演算法。
例如：

int num = 10;
int *ptr = #
printf("The value of num is %d\n", num);
printf("The value pointed by ptr is %d\n", *ptr);

在這個例子中，ptr是一個指向int型別的指標，它儲存了變數num的地址。透過*ptr我們可以訪問到num的值。
二、指標作為函式引數
指標可以作為函式的引數，實現改變引數對應的實際的值。在 C 語言中，函式的引數傳遞通常是值傳遞，即函式內部對引數的修改不會影響到函式外部的實際變數。但是，如果我們將指標作為引數傳遞，那麼函式內部就可以透過指標間接修改外部變數的值。

例如，交換兩個整數的函式：

void swap(int *a, int *b) {
int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
int x = 5, y = 10;
printf("Before swap: x = %d, y = %d\n", x, y);
    swap(&x, &y);
printf("After swap: x = %d, y = %d\n", x, y);
return 0;
}

在這個例子中，swap函式透過指標引數實現了交換兩個整數的值。如果不使用指標，僅透過值傳遞是無法實現這個功能的。

三、指標的指標
指標的指標，即指向指標的指標，它儲存的是另一個指標的地址。雖然指標的指標在一般情況用得比較少，但在某些特定場景下是必須使用的，比如在處理連結串列等動態資料結構時。
以下是一個使用指標的指標來處理連結串列的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定義連結串列節點結構
struct Node {
int data;
struct Node* next;
};

// 建立新節點
struct Node* createNode(int value) {
struct Node* newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));
    newNode->data = value;
    newNode->next = NULL;
return newNode;
}

// 在連結串列頭部插入節點
void insertAtHead(struct Node** headRef, int value) {
struct Node* newNode = createNode(value);
    newNode->next = *headRef;
    *headRef = newNode;
}

// 列印連結串列
void printList(struct Node* head) {
struct Node* current = head;
while (current!= NULL) {
printf("%d -> ", current->data);
        current = current->next;
    }
printf("NULL\n");
}

// 釋放連結串列記憶體
void freeList(struct Node** headRef) {
struct Node* current = *headRef;
struct Node* next;
while (current!= NULL) {
        next = current->next;
free(current);
        current = next;
    }
    *headRef = NULL;
}

int main() {
struct Node* head = NULL;
    insertAtHead(&head, 3);
    insertAtHead(&head, 2);
    insertAtHead(&head, 1);
    printList(head);
    freeList(&head);
return 0;
}

在這個示例中，insertAtHead函式接受一個指標的指標struct Node** headRef作為引數。這是因為我們需要修改指向連結串列頭部的指標，而在 C 語言中，函式引數是值傳遞，如果不使用指標的指標，就無法在函式內部修改外部的head指標。

透過這個示例可以看出，在處理連結串列這種動態資料結構時，指標的指標可以方便地修改連結串列的結構，實現插入、刪除等操作。
四、引用
引用在 C++中被廣泛使用，它是一個變數的別名。引用與指標有一些相似之處，但也有一些不同。引用在定義時必須初始化，並且一旦初始化就不能再指向其他變數。
例如：

void swapByRef(int &a, int &b) {
int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
int x = 5, y = 10;
printf("Before swap: x = %d, y = %d\n", x, y);
    swapByRef(x, y);
printf("After swap: x = %d, y = %d\n", x, y);
return 0;
}

在這個例子中，swapByRef函式透過引用引數實現了交換兩個整數的值，與使用指標的效果類似，但語法上更加簡潔。

總之，地址、指標、指標的指標和引用是 C 語言和 C++中非常重要的概念。理解這些概念對於深入掌握這兩種程式語言以及學習其他程式語言都有著至關重要的作用。

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