C 語言指標 5 分鐘教程

唐尤華發表於2013-05-02

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。

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。

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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。

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。

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。

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int *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。

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。

 

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