C | 指標

就良同學發表於2023-01-05

1.什麼是指標

指標是一種變數，也稱指標變數，它的值不是整數、浮點數和字元，而是記憶體地址。指標的值就是變數的地址，而變數有擁有一個具體值。因此，可以理解為變數直接引用了一個值，指著間接地引用了一個值。一個存放變數地址的型別稱為該變數的“指標”。

指標變數的大小？

以32位系統為例，每個位元組（即一個記憶體單元）都擁有一個地址編號，地址範圍為0x00000000~0xffffffff。當指標變數佔4個位元組（即32bit）時，剛好能夠表示所有地地址編號。

不管什麼型別的指標，其大小隻和系統編譯器有關係。

2.指標的定義與使用

2.1 指標的定義

在C語言中，所有變數在使用前都需要宣告。例如，宣告一個指標變數的語句如下：

int *qPtr, q;

q是整型變數，表示要存放一個整型型別的值；qPtr是一個整形指標變數，表示要存放一個變數的地址，而這個變數是整數型別。qPtr叫做一個指向整型的指標。

在宣告指標變數時，“*”只是一個指標型別識別符號，指標變數的宣告也可以寫成 int* qPtr。

定義指標三步驟（來自傳智播客）：

*與符號相結合代表是一個指標變數，比如*p；

要儲存誰的地址，就寫出它的宣告語句，比如int a, int a[10]；

用*p替換掉變數名稱，即int a→int *p，int a[10]→int (*p)[10]（陣列指標）;

指標變數可以在宣告時賦值，也可以在宣告後賦值。例如，在宣告時為指標變數賦值的語句如下：

int q = 12;
int *qPtr = &q;

也可以在宣告後為指標變數賦值：

int q = 12, *qPtr;
qPtr = &q;

2.2 指標的使用

指標變數主要透過取地址運算子&和指標運算子*來存取資料。例如，&a指的是變數a的地址(取址)，*ptr表示ptr所指向的記憶體單元存放的內容(取值)。

#include<stdio.h>

int main(){
    int q=12;
    int *qptr;
    qptr = &q;
    printf("q的地址是：%p\nqptr中的內容是：%p\n", &q, qptr);
    printf("q的值是：%d\n*qptr的值是：%d\n", q, *qptr);
    // 運算子'&'和'*'是互逆的
    printf("&*qptr=%p, *&qptr=%p\n因此有&*qptr=*&qptr\n", &*qptr, *&qptr);
    return 0;
}

3.指標的寬度(步長)

#include<stdio.h>

int main(){
    int num = 0x01020304;
    char *p1 = (char *)&num;
    short *p2 = (short *)&num;
    int *p3 = &num;

    printf("%#x\n", *p1);
    printf("%#x\n", *p2);
    printf("%#x\n", *p3);
    return 0;
}

透過*取指標變數所指向那塊記憶體空間內容時，取得記憶體的寬度和指標變數本身指向變數的型別有關。

題目：

int a[5] = {1, 2, 3,4 , 5};
int *ptr = (int *)(&a+1);
printf("%d,%d", *(a+1), *(ptr-1));

輸出結果為：A.2,5 B.2,4 C.1,5 D.1,4

分析：

&a+1：跨過的是整個陣列的寬度

&a[0]+1：跨過的是陣列內單個元素的寬度

所以&a+1指向的記憶體地址已經不屬於陣列了，然後int *ptr = (int *)(&a+1)將&a+1強轉為int*型，所以ptr-1將後退一個4個位元組即一個陣列元素大小，即指向a[4]=5

4.野指標和空指標和萬能指標

4.1 野指標

野指標就是指標指向的位置是不可知的（隨機的、不正確的、沒有明確限制的）。

#include<stdio.h>

int main(){
    int *p ;

    *p = 200;
    printf("%d\n", *p);
    return 0;
}

上述程式碼出現問題的原因：指標變數未初始化

任何指標變數剛被建立時不會自動成為 NULL 指標，它的預設值是隨機的。

所以，指標變數在建立的同時應當被初始化，要麼將指標設定為 NULL ，要麼讓它指向合法的記憶體。

如果沒有初始化，編譯器會報錯‘point’ may be uninitializedin the function。

4.2 空指標

#include<stdio.h>

int main(){
     // 將0號地址編號0x00000000號記憶體賦予指標內部值，等價於賦予NULL
    int *p = NULL;

    *p = 200; // 因為p儲存了0號記憶體的地址，這個地址為記憶體的起始地址，是不可使用的，非法
    printf("%d\n", *p);
    return 0;
}

NULL是C語言標準定義的一個值，這個值其實就是0，只不過為了使得看起來更加具有意義，才定義了這樣的一個宏，中文的意思是空，表明不指向任何東西。

任何程式資料都不會儲存在地址為0的記憶體塊中，它是被作業系統預留的記憶體塊。

空指標的作用：

如果指標使用完畢，需將指標賦予NULL；在使用指標前需判斷指標是否為NULL

4.3 萬能指標

即void *p，可以儲存任意的地址。

void p：不可遺定義void型別的變數，因為編譯器不知道給該變數分配多大的記憶體空間；

void *p：可以定義void *變數，因為指標都是4個位元組（32位系統）。

#include<stdio.h>

int main(){
    int a = 10;
    void *p = (void *)&a;
    printf("%d\n", *p);
    return 0;
}

程式將報錯，無法編譯。因為雖然p記憶體內確實儲存的是變數a的地址，但是由於p指向void型變數，導致根據p指標內部儲存地址去取相應位置值時不知道取多大的記憶體大小。

#include<stdio.h>

int main(){
    int a = 10;
    void *p = (void *)&a;
    printf("%d\n", *(int *)p);
    return 0;
}

*(int *)p：將指標p強轉為int *型，此時根據p指標內部儲存地址去取相應位置值時，將讀取4個位元組大小。

5.const修飾的指標變數

引子：const int a = 10;const修飾變數a，表示不能再透過a修改a記憶體裡面的內容。

5.1 指向常量的指標

const修飾*，表示不能透過該指標修改指標所指記憶體的數值，但是指標指向可以變。

5.2 指標常量

修飾p，指標指向不能變，指標指向的記憶體可以被修改。

注：const int * const p =&a;表示p指標指向記憶體區域不能被修改，同時p的指向也不能被改變。

6.多級指標

#include<stdio.h>

int main(){
    int a = 10;
    int *p = &a;
    int **q = &p;
    // 透過q獲取a的值
    printf("%d\n", **q);
    return 0;
}

7.指標陣列與陣列指標

7.1 指向陣列元素的指標

例如定義一個整型陣列和一個指標變數，語句如下。

int a[5]={10,20,30,40,50};
int *aPtr;

這裡的a是一個陣列，它包含了5個整型資料。變數名a就是陣列a的首地址，它與&a[0]等價。如果令aPtr=&a[0]或者
aPtr=a，則aPtr也指向了陣列a的首地址。

也可以在定義指標變數時直接賦值，如以下語句是等價的。

int *aPtr=&a[0];
int *aPtr;
aPtr =&a[0];

與整型、浮點型資料一樣，指標也可以進行算術運算，但含義卻不同。當一個指標加1（或減）1並不是指標值增加（或減少）1，而是使指標指向的位置向後（或向前）移動了一個位置，即加上（或減去）該整數與指標指向物件的大小的乘積。例如對於aPtr+=3，如果一個整數佔用4個位元組，則相加後aPtr=2000+4*3=2012（這裡假設指標的初值是2000）。同樣指標也可以進行自增（++）運算和自減（--）運算。

也可以用一個指標變數減去另一個指標變數。例如，指向陣列元素的指標aPtr的地址是2008，另一個指向陣列元素的指標bPtr的地址是2000，則a=aPtr-bPtr的運算結果就是把從aPtr到bPtr之間的元素個數賦給a，元素個數為（2008-2000）/4=2（假設整數佔用4個位元組）。

我們也可以透過指標來引用陣列元素。例如以下語句。

*(aPtr+2);

如果aPtr是指向a[0]，即陣列a的首地址，則aPtr+2就是陣列a[2]的地址，*(aPtr+2)就是30。

注意：指向陣列的指標可以進行自增或自減運算，但是陣列名則不能進行自增或自減運算，這是因為陣列名是一個常量指標，它是一個常量，常量值是不能改變的。

#include<stdio.h>

int main(){
    int a[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int *aPtr, i;
    aPtr = &a[0];
    for(i=0;i<5;i++){ //透過陣列下標引用元素的方式輸出陣列元素
        printf("a[%d]=%d\n", i, a[i]);
    }
    for(i=0;i<5;i++){ //透過陣列名引用元素的方式是輸出陣列元素
        printf("*(a+%d)=%d\n", i, *(a+i));
    }
    for(i=0;i<5;i++){ //透過指標變數下標引用元素的方式輸出陣列元素
        printf("aPtr[%d]=%d\n", i, aPtr[i]);
    }
    for(aPtr=a, i=0; aPtr<a+5; aPtr++, i++){ //透過指標變數偏移的方式輸出陣列元素
        printf("*(aPtr+%d)=%d\n", i, *aPtr);
    }
    return 0;
}

7.2 指標陣列

定義：指標陣列其實也是一個陣列，只是陣列中的元素是指標型別的資料。換句話說，指標陣列中的每一個元素都是一個指標變數。

定義指標陣列的方式如下：

int *p[4]

例1：使用指標陣列儲存字串並將字串列印輸出。

#include<stdio.h>

int main(){
    // 定義指標陣列
    const char *s[4] = {"ABC", "DEF", "GHI", "JKL"};
    int n = 4;
    int i;
    const char *aPtr;
    // 方法1：透過陣列名輸出字串
    for(i=0;i<n;i++){
        printf("第%d個字串：%s\n", i+1, s[i]);
    }
    // 方法2：透過指向陣列的指標輸出字串
    for(aPtr=s[0],i=0;i<n;aPtr=s[i]){
        printf("第%d個字串：%s\n", i+1, aPtr);
        i++;
    }
    return 0;
}

執行結果圖示：

result

注：常量與指標間的轉換 warning: ISO C++ forbids converting a string constant to 'char*'

Q：為什麼s[i]列印的是值而不是地址？

A：%s佔位符的特點就是隻要告訴他字串的首地址,就可以讀取整個字串

例2：利用指標陣列實現對一組變數的值按照從小到大排序，排序時交換變數的指標值。

/* 利用指標陣列實現對一組變數的值按照從小到大排序，排序時交換變數的指標值。 */
#include<stdio.h>

int main(){
    int a, b, c, d, e;
    int *s[5] = {&a, &b, &c, &d, &e};
    int i,j;
    int n=5;
    int *p;
    // 使用者輸入5個數（大小任意）
    printf("請輸入5個任意正整數（空格分隔）：\n");
    scanf("%d%d%d%d%d", &a, &b, &c, &d, &e);
    printf("排序前：\n");
    for(i=0;i<n;i++){
        printf("%d\n",*s[i]);
    }
    // 排序：氣泡排序
    for(i=0;i<n-1;i++){ // 執行n-1趟
        for(j=0;j<n-i-1;j++){ // 每一趟需要執行n-1-i次比較操作
            if(*s[j] > *s[j+1]){
                p = s[j];
                s[j] = s[j+1];
                s[j+1] = p;
            }
        }
    }
    printf("排序後：\n");
    for(i=0;i<n;i++){
        printf("%d\n",*s[i]);
    }
    return 0;
}

執行結果圖示：

7.3 陣列指標

定義：陣列指標是指向陣列的一個指標。如下定義：

int (*p)[4]

其中，p是指向一個擁有4個元素的陣列的指標，陣列中每個元素都為整型。與前面剛剛介紹過的指標陣列做比較，這裡定義的陣列指標多了一對括號，*p兩邊的括號不可以省略。這裡定義的p僅僅是一個指標，不過這個指標有點特殊，這個p指向的是包含4個元素的一維陣列。

陣列指標p與它指向的陣列之間的關係可以用下圖來表示。

如果有如下語句:

int a[3][4]={{1,2,3,4},{5,6,7,8},{9,10,11,12}};
p=a;

陣列指標p與陣列a中元素之間的關係如圖所示。其中，(*p)[0]、(*p)[1]、(*p)[2]、(*p)[3]分別儲存的是元素值為1、2、3、4的值。p、p+1和p+2分別指向二維陣列的第一行、第二行和第三行，p+1表示將指標p移動到下一行。

*(p+1)+2表示陣列a第1行第2列的元素的地址，即&a[1][2]，*(*(p+1)+2)表示a[1][2]的值即7，其中1表示行，2表示列。

Q：為什麼(*p)[0]、(*p)[1]、(*p)[2]、(*p)[3]分別儲存的是元素值為1、2、3、4的值而不是它們的地址呢？

A：指標[i] == *(指標+i)

(*p)[0] == *(*p+0)→p本來表示的是第0行一整行的資料，出現在表示式中將自動轉為指向a[0][0]的指標→*p+0還是指向a[0][0]的指標→*(*p+0)即對地址取值。

下面程式設計輸出以上陣列指標的值和陣列的內容。

#include<stdio.h>

int main(){
    int a[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
    int (*p)[4] = a; // 宣告陣列指標p（p是一個指向'內含4個整型元素的陣列'的指標）
    int row, col;
    // 輸出陣列的內容
    for(row=0;row<3;row++){
        for(col=0;col<4;col++){
            printf("a[%d][%d]=%-4d", row, col, *(*(p+row)+col));
        }
        printf("\n");
    }
    // 輸出陣列指標的值
    for(row=0;row<3;row++, p++){
        for(col=0;col<4;col++){
            printf("(*p[%d])[%d]=%p\t", row, col, (*p+col));
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

執行結果圖示：

註釋：[] == *()→如，p[0] 等價於 *(p+0)

8.指標函式與函式指標

8.1 指標函式

指標函式是指函式的返回值是指標型別的函式。例如，以下是一個指標函式的宣告：

float *func(int a, int b);

func是函式名，前面的'*'表明返回值的型別是指標型別，因為前面的型別識別符號是float，所以返回的指標是指向浮點型的。

例：假設若干個學生的成績存放在二維陣列中，要求輸入學生編號，利用指標函式實現其成績的輸出。

#include<stdio.h>

int *FindAddress(int (*ptrScore)[4], int index);
void Display(int *, int n);

int main(){
    int score[3][4] = {{83, 78, 79, 88}, {71, 88, 92, 63}, {99, 92, 87, 80}};
    int n = 4;
    int row;
    int *p;
    while(1){
        printf("請輸入學生編號(1 or 2 or 3)，輸入0退出程式：\n");
        scanf("%d", &row);
        if(row == 0){
            break;
        }else if(row == 1 || row == 2 || row == 3){
            printf("第%d名學生的各科成績分別為：\n", row);
            p = FindAddress(score, row-1);
            Display(p,n);
        }else{
            printf("輸入不合法，請重新輸入！\n");
        }
    }
    return 0;
}

int *FindAddress(int (*ptrScore)[4], int index){
    /*查詢某條學生成績記錄地址函式。透過傳遞的行地址找到要查詢學生成績所在行，並返回該行的首元素地址*/
    int *ptr;
    ptr = *(ptrScore+index);
    return ptr;
}

void Display(int *ptr, int n){
    /*輸出學生成績的實現函式。利用傳遞過來的指標輸出每門課的成績*/
    int col;
    for(col=0; col<n; col++){
        printf("%4d", *(ptr+col));
    }
    printf("\n");
}

注：p = FindAddress(score, row-1);二維陣列的陣列名錶示啥？

若a是一維陣列，則a指向的是第一個元素。

若a是二維陣列，也可以將a看成一個一維陣列，那麼其元素是其行向量。則a指向的是第一個行向量。

8.2 函式指標

指標可以指向變數、陣列，也可以指向函式，指向函式的指標就是函式指標。

1）函式指標的呼叫

例1：透過一個函式求兩個數的乘積，並透過函式指標呼叫該函式。

#include<stdio.h>

int Mult(int a, int b);

int main(){
    int a, b;
    int (*func)(int, int);
    printf("請輸入2個數：\n");
    scanf("%d%d", &a, &b);
    /*方法1：函式名呼叫*/
    printf("%d * %d = %d\n", a, b, Mult(a, b));
    /*方法2：函式指標呼叫*/
    func = &Mult; // 因為函式名本身就是地址，所以&可以省略
    printf("%d * %d = %d\n", a, b, func(a, b));
    return 0;
}

int Mult(int x, int y){
    return x*y;
}

2）函式指標作為函式引數的使用

例2：利用函式指標作為函式引數，實現選擇排序演算法的升序排列和降序排列。

#include<stdio.h>
void SelectSort(int *, int, int (*)(int, int)); //選擇排序，函式指標作為引數呼叫
int Ascending(int, int); // 是否進行升序排列
int Descending(int, int); // 是否進行降序排列
void swap(int *, int *);
void Display(int a[], int n);

int main(){
    int a[10] = {13, 23, 11, 4, 9, 16, 22, 23, 9, 10};
    printf("排序前數列：\n");
    Display(a, 10);
    printf("升序排列：\n");
    SelectSort(a, 10, Ascending);
    Display(a, 10);
    printf("降序排列：\n");
    SelectSort(a, 10, Descending);
    Display(a, 10);
    return 0;
}

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

void Display(int a[], int n){
    int i;
    for(i=0;i<n;i++){
        printf("%4d", a[i]);
    }
    printf("\n");
}

int Ascending(int a, int b){
    if(a>b){
        return 1;
    }else{
        return 0;
    }
}
int Descending(int a, int b){
    if(a<b){
        return 1;
    }else{
        return 0;
    }
}

void SelectSort(int *ptr, int n, int (*compare)(int, int)){
    /*選擇排序基本思想（升序）：每一趟排序從n-i個元素中選取關鍵字最小的元素作為有序序列的第i個元素*/
    int i, j, k;
    // 將第i個元素與後面n-i個元素進行比較，將關鍵字最小的元素放在第i個位置
    for(i=0;i<n;i++){
        j=i; // 初始時，關鍵字最小的元素下標為i
        for(k=j+1;k<n;k++){
            if(compare(*(ptr+j), *(ptr+k))){
                j=k;
            }
        }
        if(j!=i){
            swap(ptr+j, ptr+i);
        }
    }
}

其中，函式SelectSort(a，N，Ascending)中的引數Asscending是一個函式名，傳遞給函式定義void SelectSort(int *p，int n，int(*compare)(int，int))中的函式指標compare，這樣指標就指向了Asscending。從而可以在執行語句(*compare)(a[j], a[j+1])時呼叫函式Ascending(int a，int b)判斷是否需要交換陣列中兩個相鄰的元素，然後呼叫swap(&a[j]，&a[j+1])進行交換。

8.3 函式指標陣列

假設有3個函式f1、f2和f3，可以把這3個函式作為陣列元素存放在一個陣列中，需要定義一個指向函式的指標陣列指向這
三個函式，程式碼如下:

void (*f[3])(int)={f1,f2,f3};

f是包含3個指向函式指標元素的陣列，f[0]、f[1]和f[2]分別指向函式f1、f2和f3。透過函式指標f呼叫函式的形式如下。

f[n](m); /*n和m都是正整數*/

例：宣告一個指向函式的指標陣列，並透過指標呼叫函式。

#include<stdio.h>

void f1(int n); /*函式f1宣告*/
void f2(int n); /*函式f2宣告*/
void f3(int n); /*函式f3宣告*/

int main(){
    void (*f[3])(int)={f1,f2,f3}; /*宣告指向函式的指標陣列*/
    int flag;
    printf("呼叫函式請輸入1、2或者3，結束程式請輸入0。\n");
    scanf("%d",&flag);
    while(flag){
        if(flag==1||flag==2||flag==3){
            f[flag-1](flag); /*透過函式指標呼叫陣列中的函式*/
            printf("請輸入1、2或者3，輸入0結束程式.\n");
            scanf("%d",&flag);
        }else{
            printf("請輸入一個合法的數(1~3),輸入0結束程式.\n");
            scanf("%d",&flag);
        }
    }
    printf("程式結束.\n");
    return 0;
}
void f1(int n) /*函式f1的定義*/
{
    printf("函式f%d:呼叫第%d個函式！\n",n,n);
}
void f2(int n) /*函式f2的定義*/
{
    printf("函式f%d:呼叫第%d個函式！\n",n,n);
}
void f3(int n) /*函式f3的定義*/
{
    printf("函式f%d:呼叫第%d個函式！\n",n,n);
}

函式指標不能執行像f+1、f++、f--等運算。

C指標原理(15)-C指標基礎
2021-09-09
指標
C指標原理(14)-C指標基礎
2021-09-09
指標
C/C++指向指標的指標
2016-11-28
C++指標
C++ this 指標
2020-10-23
C++指標
C語言指標(三)：陣列指標和字串指標
2020-11-18
C語言指標陣列字串
再學C/C++ 之指標常量和常量指標
2014-04-07
C++指標
C與指標第六章指標
2020-12-07
指標
C語言指標（二）指標變數 ----by xhxh
2020-12-19
C語言指標變數
C語言指標
2020-11-10
C語言指標
指標，c入門
2020-12-27
指標
C++指標理解
2018-05-27
C++指標
C語言（指標）
2017-12-27
C語言指標
C++智慧指標
2017-08-13
C++指標
【c++】智慧指標
2015-06-05
C++指標
C 指標有害健康
2016-03-16
指標
C指標錯誤
2013-03-07
指標
C/C++指標總結
2019-08-30
C++指標
C語言指標安全及指標使用問題
2014-09-11
C語言指標
C++中的this指標
2021-02-14
C++指標
c++ 函式指標
2018-09-26
C++函式指標
C++引用和指標
2017-06-19
C++指標
C語言-指標操作
2016-11-30
C語言指標
C#中使用指標
2017-10-04
C#指標
C++11 智慧指標
2017-12-29
C++指標
C++指標轉換
2014-04-21
C++指標
C++指標問題
2014-04-21
C++指標
「C++」理解智慧指標
2013-07-19
C++指標
C#指標型別
2011-02-27
C#指標型別
c++指標小計
2012-07-01
C++指標
c指標之字串常量
2013-03-07
指標字串
詳解c++指標的指標和指標的引用
2018-05-25
C++指標
c++指標使用經驗總結之懸垂指標
2012-04-21
C++指標
C語言 C語言野指標
2016-12-22
C語言指標
C語言：指標，C的靈魂
2008-01-20
C語言指標
c語言指標彙總
2019-08-03
C語言指標
C++ 類成員指標
2022-04-20
C++指標
c-指標進階篇
2020-10-22
指標
C++進階（智慧指標）
2023-01-03
C++指標

C | 指標

1.什麼是指標

2.指標的定義與使用

2.1 指標的定義

2.2 指標的使用

3.指標的寬度(步長)

4.野指標和空指標和萬能指標

4.1 野指標

4.2 空指標

4.3 萬能指標

5.const修飾的指標變數

5.1 指向常量的指標

5.2 指標常量

6.多級指標

7.指標陣列與陣列指標

7.1 指向陣列元素的指標

7.2 指標陣列

7.3 陣列指標

8.指標函式與函式指標

8.1 指標函式

8.2 函式指標

1）函式指標的呼叫

2）函式指標作為函式引數的使用

8.3 函式指標陣列

相關文章