C語言指標5分鐘教程

　　指標、引用和取值

　　什麼是指標？什麼是記憶體地址？什麼叫做指標的取值？指標是一個儲存計算機記憶體地址的變數。在這份教程裡“引用”表示計算機記憶體地址。從指標指向的記憶體讀取資料稱作指標的取值。指標可以指向某些具體型別的變數地址，例如int、long和double。指標也可以是void型別、NULL指標和未初始化指標。本文會對上述所有指標型別進行探討。

　　根據出現的位置不同，操作符 * 既可以用來宣告一個指標變數，也可以用作指標的取值。當用在宣告一個變數時，*表示這裡宣告瞭一個指標。其它情況用到*表示指標的取值。

　　&是地址操作符，用來引用一個記憶體地址。通過在變數名字前使用&操作符，我們可以得到該變數的記憶體地址。

// 宣告一個int指標
int *ptr;
// 宣告一個int值
int val = 1;
// 為指標分配一個int值的引用
ptr = &val;
// 對指標進行取值，列印儲存在指標地址中的內容
int deref = *ptr;
printf("%d\n", deref);

　　第2行，我們通過*操作符宣告瞭一個int指標。接著我們宣告瞭一個int變數並賦值為1。然後我們用int變數的地址初始化我們的int指標。接下來對int指標取值，用變數的記憶體地址初始化int指標。最終，我們列印輸出變數值，內容為1。

　　第6行的&val是一個引用。在val變數宣告並初始化記憶體之後，通過在變數名之前使用地址操作符&我們可以直接引用變數的記憶體地址。

　　第8行，我們再一次使用*操作符來對該指標取值，可直接獲得指標指向的記憶體地址中的資料。由於指標宣告的型別是int，所以取到的值是指標指向的記憶體地址儲存的int值。

　　這裡可以把指標、引用和值的關係類比為信封、郵箱地址和房子。一個指標就好像是一個信封，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，它是實際的地址。取值就像是地址對應的房子。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指標、NULL指標和未初始化指標

　　一個指標可以被宣告為void型別，比如void *x。一個指標可以被賦值為NULL。一個指標變數宣告之後但沒有被賦值，叫做未初始化指標。

int *uninit; // int指標未初始化
int *nullptr = NULL; // 初始化為NULL
void *vptr; // void指標未初始化
int val = 1;
int *iptr;
int *castptr;
 
// void型別可以儲存任意型別的指標或引用
iptr = &val;
vptr = iptr;
printf("iptr=%p, vptr=%p\n", iptr, vptr);
 
// 通過顯示轉換，我們可以把一個void指標轉成
// int指標並進行取值
castptr = (int *)vptr;
printf("*castptr=%d\n", *castptr);
 
// 列印null和未初始化指標
printf("uninit=%p, nullptr=%p\n", uninit, nullptr);
// 不知道你會得到怎樣的返回值，會是隨機的垃圾地址嗎？
// printf("*nullptr=%d\n", nullptr);
// 這裡會產生一個段錯誤
// printf("*nullptr=%d\n", nullptr);

　　執行上面的程式碼，你會得到類似下面對應不同記憶體地址的輸出。

iptr=0x7fff94b89c6c, vptr=0x7fff94b89c6c
*castptr=1
uninit=0x7fff94b89d50, nullptr=(nil)

　　第1行我們宣告瞭一個未初始化int指標。所有的指標在賦值為NULL、一個引用（地址）或者另一個指標之前都是未被初始化的。第2行我們宣告瞭一個NULL指標。第3行宣告瞭一個void指標。第4行到第6行宣告瞭一個int值和幾個int指標。

　　第9行到11行，我們為int指標賦值為一個引用並把int指標賦值為void指標。void指標可以儲存各種其它指標型別。大多數時候它們被用來儲存資料結構。可以注意到，第11行我們列印了int和void指標的地址。它們現在指向了同樣的記憶體地址。所有的指標都儲存了記憶體地址。它們的型別只在取值時起作用。

　　第15到16行，我們把void指標轉換為int指標castptr。請注意這裡需要顯示轉換。雖然C語言並不要求顯示地轉換，但這樣會增加程式碼的可讀性。接著我們對castptr指標取值，值為1。

　　第19行非常有意思，在這裡列印未初始化指標和NULL指標。值得注意的是，未初始化指標是有記憶體地址的，而且是一個垃圾地址。不知道這個記憶體地址指向的值是什麼。這就是為什麼不要對未初始化指標取值的原因。最好的情況是你取到的是垃圾地址接下來你需要對程式進行除錯，最壞的情況則會導致程式崩潰。

　　NULL指標被初始化為o。NULL是一個特殊的地址，用NULL賦值的指標指向的地址為0而不是隨機的地址。只有當你準備使用這個地址時有效。不要對NULL地址取值，否則會產生段錯誤。

　　指標和陣列

　　C語言的陣列表示一段連續的記憶體空間，用來儲存多個特定型別的物件。與之相反，指標用來儲存單個記憶體地址。陣列和指標不是同一種結構因此不可以互相轉換。而陣列變數指向了陣列的第一個元素的記憶體地址。

　　一個陣列變數是一個常量。即使指標變數指向同樣的地址或者一個不同的陣列，也不能把指標賦值給陣列變數。也不可以將一個陣列變數賦值給另一個陣列。然而，可以把一個陣列變數賦值給指標，這一點似乎讓人感到費解。把陣列變數賦值給指標時，實際上是把指向陣列第一個元素的地址賦給指標。

int myarray[4] = {1,2,3,0};
int *ptr = myarray;
printf("*ptr=%d\n", *ptr);
 
// 陣列變數是常量，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陣列，第2行用陣列變數初始化了一個int指標。由於陣列變數實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標。這個賦值與*ptr = &myarray[0]效果相同，顯示地把陣列的第一個元素地址賦值到了ptr引用。這裡需要注意的是，這裡指標需要和陣列的元素型別保持一致，除非指標型別為void。

　　指標與結構體

　　就像陣列一樣，指向結構體的指標儲存了結構體第一個元素的記憶體地址。與陣列指標一樣，結構體的指標必須宣告和結構體型別保持一致，或者宣告為void型別。

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行宣告瞭一個person結構體，一個變數指向了一個person結構體和指向person結構體的指標。第8行為age成員賦了一個int值。第9至10行我們宣告瞭一個char指標並賦值給一個char陣列並賦值給結構體name成員。第11行我們把一個person結構體引用賦值給結構體變數。

　　第13行我們列印了結構體例項的age和name。這裡需要注意兩個不同的符號，’.’ 和 ‘->’ 。結構體例項可以通過使用 ‘.’ 符號訪問age變數。對於結構體例項的指標，我們可以通過 ‘->’ 符號訪問name變數。也可以同樣通過(*ptr).name來訪問name變數。

　　總結

　　希望這份簡短的概述能夠有助於瞭解不同的指標型別。在後續的博文中我們會探討其它型別的指標和高階用法，比如函式指標。

　　歡迎提出提問並給出評論。

　　原文連結： Dennis Kubes   翻譯： 伯樂線上 - 唐尤華

　　譯文連結： http://blog.jobbole.com/25409/