C++指針與數組：指針詳解
本文主要介紹C語言中指針的基本概念與用法，本博文從零開始講解指針，隻要你瞭解基本的C語法，相信你看完本文後一定會有所收獲。
一. What（什麼是指針）
1. 地址初瞭解
要搞明白什麼是指針，首先我們得先瞭解一個概念：地址。
什麼是地址呢？
我們知道，計算機的內存是一塊連續的大塊存儲空間，為瞭提高 CPU 查找數據的效率，我們將這塊連續的存儲空間以字節為單位進行編號，每個字節都一一對應瞭一個編號，這個編號就叫做地址。
舉個形象的例子：
如果我們把一座宿舍樓看做是內存，那麼宿舍樓裡的房間我們就可以看成是內存裡的每一個字節，那麼每個房間的門牌號就可以看做是地址。
為什麼要有地址？
通過上面的例子，我們很容易瞭解到地址存在的意義。試想，如果宿舍樓裡的房間都沒有門牌號，我們就很難描述一指定房間的具體位置。CPU 對內存的處理也是如此，如果沒有地址，CPU 就沒有辦法確定指定內存的具體位置，從而正確且快速的訪問到該內存空間。
2. 指針概念
- 指針就是地址
- 指針就是地址
- 指針就是地址
重要的事情說三遍，我們必須明確的知道一件事，指針就是地址，可以理解為，指針是地址在C語言裡的一種特殊叫法。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int *p = &a; // p是不是指針？
printf("%p\n", p); // %p 可以格式化輸出地址。
return 0;
}
既然如此，上述代碼中 p 是不是指針呢？
我們說過指針就是地址，而 p 是不是地址？當然不是！地址是一個單獨的數據，就像 int a = 10; 我們能說 a 就是 10 嗎？當然不能，10是一個整形常量，而 a 是一個整形變量，我們隻能說 a 裡面存放的值是 10，而不能簡單的說 a 就是 10。
同理，上述代碼中的 p 是一個變量，裡面存放的是 a 的地址，我們稱它為指針變量。所以嚴格意義上來說，p 不是指針，而是指針變量。就像 a 不是整數10，而是整形變量一樣。
那麼什麼是指針呢，我們把這段代碼運行起來：
沒錯，嚴格意義上來說，這段數字才真正的叫做指針 (地址值在計算機中一般以16進制顯示)。
3. 指針與指針變量
通過上面的講解，相信大傢可以理解，指針是地址，是一個常量，而指針變量是一個變量，裡面存放的是指針，這兩者之間有著本質區別。
看到這，相信有些同學就有疑問瞭：明明上課的時候，或者某些書上都將指針變量統稱為指針，就像 上例中的 p 平時都叫做指針，為什麼現在又說 p 不是指針呢？
請大傢註意，我說 p 不是指針是在嚴格意義上來說。
在日常使用中，我們經常把指針和指針變量混為一談。這似乎成為瞭一種習慣，甚至我在下面的表述中都可能將指針變量表述為指針。
結論是：我們在日常使用中，可以模糊指針與指針變量的概念，把指針變量統稱為指針，但是，我們心裡必須清楚的意識到，指針和指針變量的本質區別，以及你叫的這個東西到底是指針還是指針變量。
二. Why（為什麼要有指針）
經過上面的講解，相信這個問題就非常簡單瞭。指針就是地址，那麼為什麼要有地址？究其原因就是，為瞭提高查找效率。
試想如果沒有地址的存在，我們寫下 int a = 10; 的時候，系統會自動在內存中開辟一4字節的空間存放10這個數值。而我們 CPU 在訪問的時候，由於沒有地址的存在隻能在內存中一塊一塊的遍歷對比查找，而有瞭地址，內存就可以把地址值告訴 CPU，CPU 就可以根據地址值直接定位到該內存，大大提高瞭 CPU 訪問內存的效率與準確性。
三. How（如何使用指針）
1. 基本定義
指針變量的定義格式較簡單，隻要在類型和變量名之間加上 * 操作符，就可以定義該類型的指針變量。
int *a = NULL; //定義整形指針變量 double *d = NULL; //定義雙精度浮點型指針變量 struct stdnt *ps = NULL; //定義結構體指針變量
註: NULL 是指針變量初始化的時候常用的宏定義，稱其為空指針，本質為 0 值。
如果定義時不初始化，如：
int *a;
我們知道，變量如果不初始化，其中的值就是隨機值，也就是此時的指針變量 a 裡面存放的是隨機值，如果此時訪問 a 變量就會以這個隨機值作為地址訪問對應的內存，這種操作是非法的。這種不初始化的指針我們稱之為野指針。
所以，為瞭避免野指針的出現，我們在定義指針變量時盡量對其進行初始化。
2. 取地址操作符 &
我們使用指針就是使用地址，那麼地址從何而來？我們可不可以這麼寫代碼：
int *a = 0x11223344;
我們把 0x11223344 看做是地址值交給整形指針變量 a 來存儲。語法上沒有問題，但是這樣寫毫無意義！因為 0x11223344 這個地址對於我們來說是未知的，我們並沒有讀取和訪問的權限，這時候的 a 變量就相當於一個野指針。
事實上，我們的地址是由 & 取地址符取出來的。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int *p = &a;
return 0;
}
這裡我們定義瞭整形變量 a，取地址符取出瞭 a 的地址並把它賦給整形指針變量 p。
這裡就有一個疑問，a 是一個整形變量，占4字節的空間，而通過上面的介紹，我們知道內存的地址編號是以字節為單位的，這就意味著變量 a 其實存在4個地址，那麼 &a 究竟取出的是哪一個地址呢？
上結論：
在C語言中，對任意類型的變量或者數組取地址，永遠取得是數值上最小的那個地址。
我們畫一下上面代碼的內存分佈圖：
假設從左向右地址依次升高，那麼 p 裡面存放的就是 a 變量4字節中地址最低的那個字節的地址。
3. 解引用操作符 *
我們上面說到，對變量取地址取得是地址最低的字節即首字節地址，那麼我們如何通過這一個字節的地址訪問到原變量裡的數據呢，這裡就需要使用 * 操作符：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int *p = &a;
*p = 20; // 等價於 a = 20
printf("%d\n", *p);
printf("%d\n", a);
return 0;
}
看上面的代碼，我們把 a 變量的地址賦值給指針變量 p，通過 *p 即可訪問到該變量的內容。
那麼 * 操作符到底是如何使用的呢，下面給出結論：
對指針解引用，就是指針指向的目標。
就像上例中 *p 是什麼？*p 就是 a，*p 就是 a，*p就是a，重要的事情說三遍。所以，如果我改變 *p 的值，完全等價於直接改變 a 變量的值。
上面的代碼運行結果：
那麼，我們看下面這段代碼：
int main()
{
int a = 0x11223344;
int *p = &a;
printf("0x%x\n", *(char*)p);
return 0;
}
註意，我們說 *p 就是 a，但是，這裡的 *p 被強制類型轉化為 char* 類型之後再進行的解引用操作，此時的 p 就是一個字符類型的指針，因為字符 char 類型在C中隻占一個字節，對其進行解引用隻能訪問一個字節的內容。而我們說過 p 中存放的是 a 變量的首字節的地址，即 44 的地址 (至於為什麼，請讀者自己瞭解大小端的內容)，解引用就隻訪問到瞭 44：
4. 結構體指針
下面定義一個結構體：
typedef struct Student
{
int age;
char name[20];
char sex[2];
}STD;
C語言中任何數據類型都有其對於的指針類型，結構體也不例外，如下：
int main()
{
STD s = { 18, "張三", "男" };
STD *ps = &s; // 定義結構體指針
printf("%s\n%d\n%s\n", s.name, s.age, s.sex);
}
我們定義一個結構體變量並初始化，通過 . 操作符可以很容易訪問到結構體的內容。那麼我們如何通過結構體指針變量 ps 來訪問結構體的內容呢？
我們說過對指針解引用，就是指針指向的目標，那麼請讀者思考，*ps 是什麼呢？沒錯 *ps 就是 s變量，既然如此，我們就可以這麼訪問：
printf("%s\n%d\n%s\n", (*ps).name, (*ps).age, (*ps).sex);
//註：因 . 操作符優先級高於 * 操作符，故 (*ps) 必須加括號
C語言可能認為這樣寫太麻煩，於是對於結構體指針我們可以使用 -> 操作符直接訪問到結構體的內容：
printf("%s\n%d\n%s\n", ps->name, ps->age, ps->sex);
ps->name 寫法完全等價於 (*ps).name 這樣的寫法。
註：-> 操作符隻在結構體指針變量訪問結構體成員時使用。
5. 多級指針
首先問大傢一個問題，指針變量是不是變量？是變量。既然是變量，那麼就有地址，我們依然可以把指針變量的地址存入一個新的變量，此變量我們可以稱為二級指針變量：
int a = 10; int *pa = &a; int **ppa = &pa; // 定義二級指針變量 *ppa; //等價於 pa **ppa; //等價於 *pa，即等價於 a
二級指針大傢不要看的多麼神秘，所謂二級指針其實也就是一個指針變量，隻不過裡面存放的是另一個指針變量的地址而已。
既然如此，二級指針變量是不是變量呢？它能不能取地址存入另外一個三級指針變量呢？那麼，三級指針變量是不是變量呢？… 如果你願意，可以一直這麼套娃下去~
6.指針變量的命名規范
之所以把這塊單獨分出來講，是因為對指針變量進行一個好的命名規范，不僅有利於提高代碼的可讀性，更有助於我們理解一些復雜的數據結構的代碼。
指針的命名習慣上在原變量名前加字母 p。 如定義整形變量 a ，其指針變量就命名為 pa, 定義結構體變量 std 其對應指針變量命名為 pstd，如果對 pstd 再次取地址存入二級指針變量，那麼該二級指針變量就應該命名為 ppstd。
四. 我對指針的一些理解
都說指針是C語言的靈魂，那麼指針的魅力究竟在何處？
我們看這段交換兩個數的代碼：
#include <stdio.h>
void Swap(int a, int b)
{
int t = a;
a = b;
b = t;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
Swap(a, b);
printf("a = %d\n", a);
printf("b = %d\n", b);
return 0;
}
我們應該知道，這段代碼是無法完成 a, b 的交換的，因為 Swap() 裡的 a, b 隻不過是 main() 函數裡 a, b 的一份拷貝。即，Swap() 函數裡 a, b 的改變是不會影響 main() 函數的。這種傳參的方式我們稱之為傳值。
可是我們這麼寫：
#include <stdio.h>
void Swap(int *pa, int *pb)
{
int t = *pa;
*pa = *pb;
*pb = t;
}
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
Swap(&a, &b);
printf("a = %d\n", a);
printf("b = %d\n", b);
return 0;
}
main() 傳參時傳 a, b 的地址，Swap() 函數使用指針進行接收，內部使用解引用方式進行交換，我們就可以完成真正的交換功能。這種傳參的方式我們稱之為傳址。
我在一篇文章上看到這樣一個說法，可謂是對指針理解到瞭本質：
- 傳值就是傳值。
- 傳址就是傳值本身。
值和值本身兩個概念希望大傢能夠深刻理解。
如同我們 Swap() 函數的第一種寫法，main() 函數僅僅是將 a, b 的值傳遞給瞭 Swap() 函數進行處理，可無論 Swap() 函數對其做什麼樣的處理，也依然無法改變原來 a, b 的值。
而 Swap() 的第二種寫法，main() 函數傳的是 a, b 的地址，相當於傳的是 a, b 本身，這樣 Swap() 在進行處理時便可直接改變原來的 a, b 的值。
總結
本篇文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容！