C語言小知識之為什麼要使用指針詳析

Posted on 2021-10-15 by WalkonNet

剛開始學習C語言的時候，感覺最難理解的就是指針，什麼指針變量，變量指針，指向指針的變量，指向變量的指針？一堆概念，搞得人雲裡霧裡的，今天不討論這些概念的問題，從最底層來分析C語言中為什麼要使用指針，指針存在的意義又是什麼呢？

首先從一個簡單的例子來看，寫一段代碼來交換x、y的值。

void main( void )
{
    u8 x = 10, y = 20;
    u8 temp;

    __asm( "sim" );                             //禁止中斷
    SysClkInit();
    delay_init( 16 );
    LED_GPIO_Init();
    Uart1_IO_Init();
    Uart1_Init( 9600 );
    ADC_GPIO_Init();
    __asm( "rim" );                             //開啟中斷
    while( 1 )
    {
        LED = ~LED;

        printf( "x = %d,y = %d\r\n", x, y );

        temp = x;
        x = y;
        y = temp;

        printf( "---> x = %d,y = %d \r\n\r\n\r\n", x, y );

        delay_ms( 200 );
    }
}

在STM8單片機中，交換x、y的值，並將值打印出來，打印結果如下：

通過第三個變量temp很輕松的就將x、y的值交換瞭。

但是為瞭程序的美觀性，不想再主程序中寫這麼多的代碼，於是決定用一個函數在外部來實現這個功能。

void swap( u8 x, u8 y )
{
    u8 temp;
    temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

void main( void )
{
    u8 x = 10, y = 20;
    __asm( "sim" );                             //禁止中斷
    SysClkInit();
    delay_init( 16 );
    LED_GPIO_Init();
    Uart1_IO_Init();
    Uart1_Init( 9600 );
    ADC_GPIO_Init();
    __asm( "rim" );                             //開啟中斷
    while( 1 )
    {
        LED = ~LED;

        printf( "x = %d,y = %d\r\n", x, y );
        sawp( x, y );
        printf( "---> x = %d,y = %d \r\n\r\n\r\n", x, y );

        delay_ms( 200 );
    }
}

在主函數外面定義一個函數，專門用來交換x，y的值。程序運行結果如下：

此時發現x和y的值並沒有交換，這是怎麼回事？那麼在交換函數內部，也將x和y的值打印出來。修改代碼如下：

void swap( u8 x, u8 y )
{
    u8 temp;
    
    printf( "in: x = %d,y = %d\r\n", x, y );
    temp = x;
    x = y;
    y = temp;
    
    printf( "in: ---> x = %d,y = %d \r\n\r\n\r\n", x, y );
}

打印結果如下：

可以看到在交換函數內部，x和y的值已經交換瞭，但是在函數外部，x和y的值並沒有交換。這是為什麼呢？單步調試直接觀察x和y在單片機內部分存儲情況。

進入主程序之後，首先觀察主函數內的x和y在內存中的存儲情況，x值為10，也就是16進制的0x0A,在內存中0x000009的位置存儲，y的值為20，也就是16進制的0x14，在內存中0x00000B，位置存儲。

接下裡進入到swap函數中。為瞭方便觀察，將swap函數內部的x和y替換成瞭m和n。

可以看出在進入子函數之後，m和n的地址和值，都和main函數中的x和y一樣。接下來交換m和n的值。

交換完成後發現，內存中0x000009位置的值和0x00000B位置的值亞發生瞭交換。然後退出子函數，返回到main函數中。

這時候奇怪的事情發生瞭，剛才內存中交換的值又變回來瞭？這是為什麼呢？在這裡就不得不說在C語言中關於局部變量的問題，局部變量在C語言中是沒有固定的存儲位置的，它是由系統的堆棧統一來管理的，當進入函數內部時，系統就會給這些局部變量臨時分配一個存儲空間存儲它的值，當程序要離開函數時，系統就會將局部變量的值保存在堆棧中，然後變量的存儲位置就被釋放瞭。當程序進入另一個函數中時，又會給這個函數內部局部變量分配空間，這時候可能就會出現兩個函數中的局部變量都使用瞭同一個內存空間。此時這個內存空間的值改變後，並不影響上一個函數中局部變量的值，因為上一個函數中的局部變量值此時在堆棧中存放。當程序要離開當前的這個函數時，又會將當前的局部變量值保存在堆棧中。回到上一個函數後，又將堆棧中存儲的值恢復給變量，此時變量的地址又是臨時申請的，可能此刻申請的地址值還是和上一次一樣。但是並不代表這個地址就永遠屬於這個局部變量。

這個就很類似於超市中的儲物櫃，你要進去超市買東西，先將東西存到一個櫃子中，買完東西後，又將東西存儲物櫃取瞭出來。然後隔瞭幾個小時，又要去這個超市買東西，又需要將東西存起來，但是此時存儲的櫃子編號還是上上一次存儲時一樣。但是這並不能代表這個櫃子的編號就是專屬於你的瞭。它隻是儲物櫃臨時分配給你的空間，當你取出東西後這個空間就會被系統收回，如果你下一次還需要用，系統又會自動給你分配，但是這兩次分配的剛好是一個編號而已。

那麼要如何解決這種變量交換的問題呢？有兩種方法，第一種就是直接將要交換的這個兩個變量定義為全局變量，讓它在程序運行的過程中獨占一個地址空間，這樣就不會有其他變量來使用這個位置瞭。但是這樣的話就會比較浪費內存空間，隻使用瞭一次，但是卻要永久的占用。第二種方法就是直接使用指針。

下面將代碼改成使用指針的方式。

void swap( u8 *m, u8 *n )
{
    u8 temp;   
    temp = *m;
    *m = *n;
    *n = temp;    
}
void main( void )
{
    u8 x = 10, y = 20;
    __asm( "sim" );                             //禁止中斷
    SysClkInit();
    delay_init( 16 );
    LED_GPIO_Init();
    Uart1_IO_Init();
    Uart1_Init( 9600 );
    ADC_GPIO_Init();
    __asm( "rim" );                             //開啟中斷
    while( 1 )
    {
        LED = ~LED;

        printf( "x = %d,y = %d\r\n", x, y );
        sawp( &x, &y );
        printf( "---> x = %d,y = %d \r\n\r\n\r\n", x, y );

        delay_ms( 200 );
    }
}

在向swap函數傳遞參數的時候需要使用&符號。打印輸出結果

此時x和y的值已經成功交換瞭。現在也將子函數內部的交換情況打印一下。

void swap( u8 *m, u8 *n )
{
    u8 temp;
    
    printf( "in: m = %d,n = %d\r\n", m, n );
    temp = *m;
    *m = *n;
    *n = temp;
    
    printf( "in: ---> m = %d,n = %d \r\n\r\n\r\n", m, n );
}

從輸出的結果來看，怎麼m和n的值一個時1021，一個時1020.這個值是什麼呢？直接單步調試看。

此時main函數中x的地址變成瞭0x0003FD，y的地址變成瞭0x0003FC.接著進入子函數。

這時可以看出m的值為0x03FD，n的值為0x03FC.*m的值為0x0A也是就10，*0x14也就是20.
接下來開始交換值。

可以看出m和n的值沒變，但是m和n的值交換瞭。接下來回到主函數中。

此時主函數中x和y的值也交換瞭。

那剛才串口打印出來的1021和1020是什麼呢？1021的十六進制是0x03FD,1020的十六進制是0x03FC.也就是說剛才打印的m的值和x的地址一樣，n的值和y的地址一樣。

那為什麼m和n會變成x和y地址，*m 和 *n又會變成 x 和 y 的值。這裡就要說指針的本質瞭。在存儲器內部，它是不認識什麼變量和指針的，對於存儲空間來說，它隻有地址和值。也就是說在什麼地址處，存儲什麼值。對於普通的變量來說，變量的名稱就會被編譯器編譯成地址，也就是說x和y就是它自己地址的別名。x和y的值就是地址中對應的值。

當操作普通變量x和y的時候，系統默認操作的就是它的值。而指針剛好和它相反，指針默認是把地址作為它的值，當操作指針的時候，默認操作的就是地址。為瞭將普通變量和指針進行區分，那麼如果要使用指針的時候，就需要給它貼一個標簽，告訴系統，我這個是特殊變量，它是直接操作地址的，不是操作值的。

所以在定義指針的時候給變量前面加一個*號，就表示告訴系統，我這個是特殊的。比如定義瞭一個int *m。就表示告訴系統，當我默認操作m的時候，你就給我它的地址，而不要給我它的值。當需要取值的時候就需要添加上標簽 *m，告訴系統我現在要取的值，不是地址，這是特殊情況，不要把默認的地址給我。

當要將普通變量傳遞給指針時，因為直接操作變量默認就是普通變量的值，而指針存貯的是地址，所以當普通變量和指針傳遞數據的時候，也要給普通變量添加一個標簽 & ，這個符號就告訴系統，我現在不要默認的值，我要的是特殊情況的地址。

所以將x和y傳遞給指針的時候，前面要加&符號。

swap( &x, &y );對應的就是 swap( u8 *m, u8 *n )；

剛才上面不是說瞭嗎，指針默認的是地址，加上*號就是值瞭。那麼這樣直接傳遞過去不就是相當於 *m = &x 瞭嗎？

由於這個子函數是定義和傳值在一起操作瞭，省略瞭一步，標準操作應該是。

int *m；

m=&x;

先定義一個指針，然後將普通變量的特殊情況，也就是取普通變量的地址，傳遞給指針的默認情況。這樣m的默認情況下就代表的值x的地址，而x的值就是*m。

如果定義變量和給變量賦值在一條語句時，上面的代碼就可以簡寫為

int *m = &x;

所以上面的函數 swap( &x, &y ); 給指針傳遞值的時候，指針的定義和賦值是在一條語句完成的， swap( u8 *m, u8 *n )；這是一種常用的簡寫形式。

在swap函數內部操作 *m 也就相當於直接操作的是x，操作 *n 就是直接操作的y，所以交換 *m 和 *n的值，就相當於交換x和y的值。

在沒有使用指針時通過子函數交換，此時傳遞的是變量的值，相當於把變量的值拷貝瞭一份，給瞭子程序。

而有瞭指針之後，相當於將變量的地址直接給瞭子函數。相當於給變量x和y又起瞭一個別名。操作別名的時候，也就相當於直接操作的是x。

由此可見，指針隻是為瞭方便編寫程序而設置的一種給變量起別名的方法，也就是相當於給自己櫃子配瞭瞭一把鑰匙。隻要別人有這個鑰匙，也就可以打開你的櫃子。所以指針在使用的時候會有危險性。

如果系統中有關鍵數據，那麼如果這個數據用指針傳遞給瞭外部函數，那麼當外部函數修改數據的時候，系統就會存在風險。有可能外部函數修改瞭一個值，而這個值是非法的，自己的系統就奔潰瞭。所以在使用指針的時候一定要註意安全性問題。

通過上面的例子，相信對指針就有瞭更深層次的理解瞭。它是為瞭方便操作變量而設置的特殊情況，是被貼瞭標簽的變量。至於什麼指針變量，變量指針，那都是起的名字而已，搞不清楚這些概念也不用去糾結，隻要在使用的時候，知道如何使用就行瞭。

總結

到此這篇關於C語言小知識之為什麼要使用指針的文章就介紹到這瞭,更多相關C語言使用指針內容請搜索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！

C語言小知識之為什麼要使用指針詳析

推薦閱讀：

發佈留言取消回覆

近期文章

推薦閱讀：

發佈留言 取消回覆

近期文章

標籤

發佈留言取消回覆