手拉手教你如何理解c/c++中的指針

前言

指針是c語言為什麼如此流行的一個重要原因，正是有瞭指針的存在，才使得c/c++能夠可以比使用其他語言編寫出更為緊湊和有效的程序，可以說，沒有掌握指針，就沒有權利說自己會用c/c++.然而。然而對於大多數初學者，面對指針這個概念簡直是望而生畏，如果前期指針運用的不熟練，後期編寫的程序隨時都有可能成為一顆定時炸彈，因此今天我就花點時間給大傢解釋一下我自己對c/c++中指針的理解。

一，內存和地址

我們知道，計算機內存的每個字節都有一個唯一的地址，CPU每次尋址就是通過固定的步長（這就解釋瞭為什麼需要內存對齊）來跳躍進行尋址的。舉個例子，我們可以把內存看做是一條長街上的一排房屋，每個房屋都有自己固定的門牌號，每座房屋裡面都可以容納數據，為瞭讀取到某個房屋裡面的數據，我們必須知道這個房屋的門牌號，根據這個門牌號來打開這個房間，取走數據。同樣，計算機也必須為每個內存字節都編上號碼，就像門牌號一樣，每個字節的編號是唯一的，根據編號可以準確地找到某個字節。

二，指針的本質就是地址

當我們在程序中聲明一個變量並給這個變量賦值的時候，編譯器做瞭什麼呢？實際上，變量名代表內存中的一個存儲單元，在編譯器對程序編譯連接的時候由系統給變量分配一個地址：

int a = 10;

上面這行代碼我們定義並初始化瞭這個變量a，系統會為a分配一塊內存單元，a隻是這塊內存單元的別名，在程序中從變量中取值，實際上是通過變量名找到相應的內存單元，從其中讀取數據。

假如系統為變量 a 分配的內存地址為0xFF00, 那麼我們可以說這個地址就是變量 a 的門牌號。一個變量的地址稱為該變量的指針。所以說，指針的本質就是地址，指針變量是一種特殊的變量，它專門保存指針(也即地址)，當我們說這個地址對應的內存單元的時候，我們可以說這個指針指向這塊內存單元。

例如：

int a = 10;  
int* p = &a;  //定義指針變量 p
*p = 20;      //將指針p指向的值修改為 20

上面兩行代碼中，我們首先定義瞭一個整型變量 a ,然後又定義瞭一個指針變量 p 指向 a .第二行代碼中，符號&代表取地址，相當於把變量a的地址賦值給瞭指針變量p(p指向a)，*加在指針變量前面代表解引用，意思找到指針p指向的值，因此，第三行代碼的意思就是講p指向的值也就是a修改為20.總之一定要記住，符號&代表取值，符號*代表解引用：

這三行代碼的內存模型如下：

我們假設系統給變量 a 分配的內存首地址為2000，我們又聲明瞭一個指針變量p，這個p也是要占用內存空間的（32位系統占用4個字節，64位系統占用8個字節，請思考為什麼），隻不過這個變量p保存的內容是變量a的地址，也就是2000，當我們想通過p來操縱a的話，首先要根據p保存的地址找到它指向的內容，也就是解引用*p，當*p的內容放生改變的時候，首地址為2000的內存單元存儲的值也會做出改變，因此變量當*p被重新賦值為20的時候，變量a的值也會做出改變，變為20.

由此擴展到二級指針，如果我們再定義一個指針變量q來指向p，那麼q就是一個二級指針，因為它指向的對象還是一個指針，隻不過比他自己低一級，是一級指針,那麼二級指針如何定義呢，請看下面的代碼：

int a = 10;
int* p = &a;
int** q = &p;

上面第三行代碼就是定義瞭一個二級指針q，它指向的是一級指針p，而一級指針p又指向瞭變量a，它的內存模型如下圖所示：

二級指針q保存的內容為一級指針p的地址而非內容，註意p地址是2008，p的內容為2000. 因此對q進行解引用也即*q得出的是p,也就是2008,再對(*q)進行解引用也即*(*q)得出的才是變量a的值，由於運算符的結合性自右向左，因此括號可以省略，也即**q才是a的值。我們可以編寫代碼試一下：

cout <<"a的值為："<< **q << endl;

我們觀察一下輸出結果：

沒錯，輸出的結果完全正確。

由此再擴充到多級指針，二級指針是指向一級指針的指針，那麼n級指針便是指向n-1級指針的指針，以此類推。

三，常量指針與指針常量

請看下面兩行代碼：

int a = 10;
const int * p1 = &a;    //常量指針
int * const p2 = &a;    //指針常量

上面第二行代碼中的p1是一個常量指針，就是指向常量的指針變量。意味著它指向的值不可以修改，但是指針的指向可以修改：

int a = 10;
int b = 20;
const int * p1 = &a;    //常量指針
*p1 = 100;  //錯誤，常量指針指向的值不可以修改
p1 = &b;   //正確

而對於指針常量，它本質是一個常量，但是由指針修飾。意味著它指向的值可以修改，但是指針的指向不可修改，與常量指針剛剛相反：

int a = 10;
int b = 20;
int * const p1 = &a;    //指針常量
*p1 = 100;  //正確
p1 = &b;   //錯誤，指針的指向不可以修改

因此，我們總結下：

四，指針與數組

我們知道，一維數組名本身就是一個指針，但是在使用的過程中要小心，因為這個指針分為指向數組首元素的指針與指向整個數組的指針，那麼如何區分它們呢？我們來看下面幾行代碼：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* p1 = arr;
int* p2 = &arr[0];
int* p3 = &arr;    //報錯

上面三行代碼中，其中p1與p2是等價的，因為數組名arr本身就是一個指針，但是這個指針不是指向整個數組，而是指向數組的首元素的地址。第四行直接報錯，因為&arr指的是整個數組的指針，不能把數組指針賦值給整形指針。雖然arr與&arr在數值上是相同的，但是兩者意義不同。意味著&arr它的步長為整個數組，而對於arr，步長為單個元素。

所以，我們得出結論，對於一維數組arr：

在定義瞭指向數組首元素的指針變量後，我們可以通過這個指針變量來訪問數組元素：

  int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
  int* p1 = arr;
  int length = sizeof(arr) / sizeof(int);
  for (int i = 0; i < length; i++)
  {
    cout << p1[i] << endl;
    cout << *(p1 + i) << endl;
  }

上面幾行代碼中，p1[i]與*(p1+i)兩者是等價的，所以輸出的結果一樣。但是要註意，當用sizeof操作符操作arr的時候，這個時候不能把arr當做一個指針來對待，因為sizeof操作數組的時候它返回的是數組的字節長度，而單個指針變量隻占用四個字節。上面循環體中，我們也可以通過下面方式訪問：

cout << *p1++ << endl;  
cout << *(p1++) << endl;

*p1++與*(p1++)是等價的，這是因為++的運算符優先級比*要高，因此不管你加不加括號，都會優先執行p++，然而p++是先返回p的值，再與*結合，最後p再向後移動一位。

不過在這裡要特別註意，有一種情況下我們是不能通過sizeof操作符來計算數組的長度的，就是當數組名作為函數參數傳遞的時候：

void test(int arr[])
{
  int lenth = sizeof(arr) / sizeof(int);
}

上面這行代碼語法上沒有問題，但是得出的結果卻不是我們想要的結果，為什麼呢，這是因為數組名作為函數傳遞的時候，會退化成一個指針，如果是二維數組的話，會退化成指向一維數組的指針，所以sizeof(arr)計算出來的結果就不是數組的字節長度瞭。所以說，在c/c++中傳遞數組的時候，一般我們也會把數組的長度作為形參傳遞過去。

但是我們不能通過下面方式去訪問數組元素：

cout << *arr++ << endl;    //報錯

這是因為arr本身是一個指針常量，指針的指向不可更改，因此編譯器直接報錯。

五，數組指針與指針數組

數組指針顧名思義，本質就是一個指針，這個指針指向整個數組；指針數組本質上是一個數組，但是數組的每個元素都是指針。請看下面兩行代碼：

int *p1[10];    //指針數組
int (*p2)[10];  //數組指針

上面兩行代碼，p1是一個數組，而p2卻是一個指針，它指向一個匿名數組。為什麼是這樣呢？這是因為[]的優先級比*要高。p1 先與[]結合，構成一個數組的定義，數組名為p1，int *修飾的是數組的內容，即數組的每個元素。那現在我們清楚，這是一個數組，其包含10 個指向int 類型數據的指針，即指針數組。至於p2 就更好理解瞭，在這裡括號的優先級比[]高，*號和p2 構成一個指針的定義，指針變量名為p2，int 修飾的是數組的內容，即數組的每個元素。數組在這裡並沒有名字，是個匿名數組。那現在我們清楚p2 是一個指針，它指向一個包含10 個int 類型數據的數組，即數組指針。

p1為數組名，每個元素都是int型指針

p2為指針變量，指向一個匿名數組

如果我們定義：

int(*p)[10] = &arr;

那麼如何訪問數組的元素呢？且看，由於上行代碼中，p=&arr，那麼對其解引用，*p就是arr，因此我們可以通過(*p)[]來進行訪問數組的元素：

for(int i = 0; i < 10; i++)
{
  cout<< (*p)[i] << endl;
}

六，指針函數與函數指針

指針函數顧名思義，他是一個函數，但返回值是一個指針，例如下面這幾行代碼：

int* test()
{
  int a = 10;
  int* p = &a;
  return p;
}

這個test就是一個指針函數，它返回的是一個int型的指針。

函數指針本質是一個指針，這個指針指向一個函數，那麼我們如何定義函數指針呢？請看下面代碼：

int myAdd(int a, int b)
{
  return a + b;
}
void test()
{
  int(*pFun)(int, int) = myAdd;    //定義一個函數指針
  cout << (*pFun)(2, 5) << endl;    //用函數指針調用函數
  cout << pFun(2, 5) << endl;      //用函數指針調用函數
}

上面test函數代碼中，我們定義瞭一個函數指針，在最後進行調用函數的時候，有兩種方法，一種是用*pFun來調用，一種是直接用pFun來調用，可見兩種方法結果都一樣。

最後，我們來看個比較混合指針復雜的案例：

char *(* c[10])(int **p);

乍一看，讓人眼花繚亂，不知道是什麼東西，在這裡請大傢記住一個規則：C語言標準規定，對於一個符號的定義，編譯器總是從它的名字開始讀取，然後按照優先級順序依次解析。註意是從名字開始，不是從開頭也不是從末尾，這是理解復雜指針的關鍵。

有瞭上面的規則，我們來逐步剖析上面哪行代碼的意義：

首先從*c[10]開始，由於[]的優先級比*高，因此，*c[10]代表一個指針數組，每個元素都是指針，但類型還不知道。再看右邊的(int** p)，它是一個函數，參數為一個二級指針。最左邊char* 代表這個函數的返回類型。因此，整行代碼的含義就是：c 是一個擁有 10 個元素的指針數組，數組每個元素指向一個原型為char *(int **p)的函數。

總結

到此這篇關於c/c++中指針的文章就介紹到這瞭,更多相關c/c++中的指針內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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