淺析C程序設(shè)計(jì)中指針的奧秘

李 瑛

（太原師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，山西 太原 030001）

淺析C程序設(shè)計(jì)中指針的奧秘

李 瑛

（太原師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，山西 太原 030001）

在C語言中，指針是廣泛使用的一種數(shù)據(jù)類型，起著不可低估的作用，同時它也是C語言的一個精華，極大地豐富了C語言的功能。文章結(jié)合作者的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對學(xué)生在學(xué)習(xí)C語言指針時遇到的問題進(jìn)行總結(jié)和歸納。便于為以后的教學(xué)提供參考。

指針；變量；地址；C語言

在C語言中，指針是廣泛使用的一種數(shù)據(jù)類型，起著不可低估的作用，同時它也是C語言的一個精華。有人說，沒有學(xué)過指針就沒有學(xué)過C語言，可見，指針在C語言中作用是不可替代的。利用指針變量可以表示各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；能方便地使用數(shù)組和字符串；并能象匯編語言一樣處理內(nèi)存地址，從而編出精練而高效的程序。在C語言程序設(shè)計(jì)中，指針極大地豐富了C語言的功能。能否正確理解和使用指針是我們是否掌握C語言的一個標(biāo)志。但是由于指針太過靈活，一旦使用不當(dāng)，不僅錯誤難查，而且會出現(xiàn)意想不到的錯誤。因此，要編出正確而高效的程序必須正確地理解和使用指針。針對初學(xué)者對C語言指針的理解不夠透徹，作者根據(jù)在C語言教學(xué)和使用方面的經(jīng)驗(yàn)，對指針做了詳細(xì)的闡述。

1 指針的含義

指針是一種特殊的變量，它里面存儲的數(shù)值被解釋成為內(nèi)存里的一個地址。對指針的理解需要搞清四方面的內(nèi)容：指針的類型；指針?biāo)赶虻念愋停恢羔樀闹祷蛘呓兄羔標(biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)；指針本身所占據(jù)的內(nèi)存區(qū)。

1.1 指針的類型

從語法的角度看，只要把指針聲明語句里的指針名字去掉，剩下的部分就是這個指針的類型。這是指針本身所具有的類型。讓我們看看例中指針的類型：

（1）int*pointer； //指針的類型是 int*

（2）int（*pointer）［3］；//指針的類型是int（*）［3］

1.2 指針?biāo)赶虻念愋?/h3>

當(dāng)通過指針來訪問指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)時，指針?biāo)赶虻念愋蜎Q定了編譯器將把那片內(nèi)存區(qū)里的內(nèi)容當(dāng)做什么來看待。從語法上看，只須把指針聲明語句中的指針名字和名字左邊的指針聲明符*去掉，剩下的就是指針?biāo)赶虻念愋?。例如?/p>

（1）int*pointer； //指針?biāo)赶虻念愋褪莍nt

（2）int（*pointer）［3］；//指針?biāo)赶虻牡念愋褪莍nt（）［3］

指針的類型（即指針本身的類型）和指針?biāo)赶虻念愋褪莾蓚€概念。對C越來越熟悉時就會發(fā)現(xiàn)，把與指針攪和在一起的“類型”這個概念分成“指針的類型”和“指針?biāo)赶虻念愋汀眱蓚€概念，是精通指針的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

1.3 指針的值

指針的值是指針本身存儲的數(shù)值，這個值將被編譯器當(dāng)作一個地址，而不是一個一般的數(shù)值。指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)就是從指針的值所代表的那個內(nèi)存地址開始，長度為sizeof（指針?biāo)赶虻念愋停┑囊黄瑑?nèi)存區(qū)。以后，如果說一個指針的值是XX，就相當(dāng)于說該指針指向了以XX為首地址的一片內(nèi)存區(qū)域；一個指針指向了某塊內(nèi)存區(qū)域，就相當(dāng)于說該指針的值是這塊內(nèi)存區(qū)域的首地址。

指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)和指針?biāo)赶虻念愋褪莾蓚€完全不同的概念。在上面的例子中，指針?biāo)赶虻念愋鸵呀?jīng)有了，但由于指針還未初始化，因此它所指向的內(nèi)存區(qū)是不存在的，或者說是無意義的。所以，每遇到一個指針，都應(yīng)該問問：這個指針的類型是什么？指針指的類型是什么？該指針指向了哪里？

1.4 指針本身所占的內(nèi)存區(qū)

利用sizeof（指針的類型）函數(shù)，可以測試指針本身所占內(nèi)存的大小，在16位平臺里，指針本身占據(jù)了2個字節(jié)的長度。

2 指針運(yùn)算

指針是可以進(jìn)行的算術(shù)運(yùn)算的。指針可以加上或減去一個整數(shù)。指針的這種運(yùn)算的意義和通常的數(shù)值的加減運(yùn)算的意義是不一樣的。例如：

int a；int*pointer=a；pointer++；

在上例中，指針pointer的類型是int*,它指向的類型是int，它被初始化為指向整形變量a。接下來的語句中，指針pointer被加了1，編譯器是這樣處理的：它把指針pointer的值加上了sizeof（int）（在16位程序中，是被加上了2），由于地址是用字節(jié)做單位的，故pointer所指向的地址由原來的變量a的地址向高地址方向增加了2個字節(jié)。

用一個指針和一個循環(huán)來遍歷一個數(shù)組，例：int array［20］；

這個例子將整型數(shù)組中各個元素的值加1。由于每次循環(huán)都將指針pointer加1所以每次循環(huán)都能訪問數(shù)組的下一個元素。

所以，一個指針pointerold加上一個整數(shù)n后，結(jié)果是一個新的指針pointernew，pointernew的類型和pointerold的類型相同，pointernew所指向的類型和pointerold所指向的類型也相同。pointernew的值將比pointerold的值增加了n乘sizeof（pointerold所指向的類型）個字節(jié)。就是說，pointernew所指向的內(nèi)存區(qū)將比pointerold所指向的內(nèi)存區(qū)向高地址方向移動了n乘sizeof（pointerold所指向的類型）個字節(jié)。一個指針pointerold減去一個整數(shù)n后，結(jié)果是一個新的指針pointernew，pointernew的類型和pointerold的類型相同，pointernew所指向的類型和pointerold所指向的類型也相同。pointernew的值將比pointerold的值減少了n乘sizeof（pointerold所指向的類型）個字節(jié)，就是說，pointernew所指向的內(nèi)存區(qū)將比pointerold所指向的內(nèi)存區(qū)向低地址方向移動了n乘sizeof（pointerold所指向的類型）個字節(jié)。

3 運(yùn)算符&和*

&是取地址運(yùn)算符。若a是一個變量，&a的運(yùn)算結(jié)果是一個指針，指針的類型是a的類型加個*，指針?biāo)赶虻念愋褪莂的類型，指針?biāo)赶虻牡刂?，那就是a的地址。

*p的結(jié)果是p所指向的內(nèi)容，并且具有如下特點(diǎn)：它的類型是p指向的類型，它所占用的地址是p所指向的地址。例：

int a=12；int b；int*p；int**pointer；

p=&a；//&a的結(jié)果是一個指針，類型是int*，指向的類型是int，指向的地址是a的地址。

*p=24；//*p的結(jié)果，在這里它的類型是int，它所占用的地址是p所指向的地址，顯然，*p就是變量a。

*pointer=&b；//*pointer是個指針，&b 的結(jié)果也是個指針，且這兩個指針的類型和所指向的類型是一樣的，所以用&b來給*pointer賦值就是毫無問題的了。

**pointer=34； //*pointer的結(jié)果是 pointer所指向的東西，在這里是一個指針，對這個指針再做一次*運(yùn)算，結(jié)果就是一個int類型的變量。

4 數(shù)組和指針的關(guān)系

數(shù)組的數(shù)組名其實(shí)可以看作一個指針。如下例：

int array［10］={0，1，2，3，4，5，6，7，8，9}，value；

value=array［0］；//也可寫成：value=*array；

value=array［3］；//也可寫成：value=*（array+3）；

2.2 堅(jiān)持以人為本的原則，分層對待員工的各自情況。國有企業(yè)職工出身結(jié)構(gòu)的多樣性，往往體現(xiàn)在職工的年齡、學(xué)歷、經(jīng)歷、性別，家庭都是造成不同的思想狀態(tài)的因素，對職工進(jìn)行同類分類，單獨(dú)為同類職工制定相關(guān)的教育輔導(dǎo)方式，能夠解除職工的一些顧慮，真實(shí)準(zhǔn)確、及時地了解員工的思想動態(tài)，化解企業(yè)內(nèi)部的矛盾，營造和諧融洽的企業(yè)工作環(huán)境，提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效率。

上例中，一般而言數(shù)組名array代表數(shù)組本身，類型是int［10］，但如果把a(bǔ)rray看做指針的話，它指向數(shù)組的第0個單元，類型是int*，所指向的類型是數(shù)組單元的類型，即int。因此*array等于0就一點(diǎn)也不奇怪了。同理，array+3是一個指向數(shù)組第3，所以*（array+3）等于3。其它依此類推。

聲明了一個數(shù)組TYPE array［n］，則數(shù)組名稱array就有了兩重含義：第一，它代表整個數(shù)組，它的類型是TYPE［n］；第二，它是一個指針，該指針的類型是TYPE*，該指針指向的類型是TYPE，也就是數(shù)組單元的類型，該指針指向的內(nèi)存區(qū)就是數(shù)組第0號單元，該指針自己占有單獨(dú)的內(nèi)存區(qū)。注意它和數(shù)組第0號單元占據(jù)的內(nèi)存區(qū)是不同的。該指針的值是不能修改的，即類似array++的表達(dá)式是錯誤的。在不同的表達(dá)式中數(shù)組名array可以扮演不同的角色。在表達(dá)式sizeof（array）中，數(shù)組名array代表數(shù)組本身，故這時sizeof函數(shù)測出的是整個數(shù)組的大小。在表達(dá)式*array中，array扮演的是指針，因此這個表達(dá)式的結(jié)果就是數(shù)組第0號單元的值。sizeof（*array）測出的是數(shù)組單元的大小。表達(dá)式array+n（其中 n=0，1，2，....。）中，array扮演的是指針，故array+n的結(jié)果是一個指針，它的類型是TYPE*，它指向的類型是TYPE，它指向數(shù)組第n號單元。故sizeof（array+n）測出的是指針類型的大小。

5 指針類型轉(zhuǎn)換

當(dāng)我們初始化一個指針或給一個指針賦值時，賦值號的左邊是一個指針，賦值號的右邊是一個指針表達(dá)式。在前面所舉的例子中，絕大多數(shù)情況下，指針的類型和指針表達(dá)式的類型是一樣的，指針?biāo)赶虻念愋秃椭羔槺磉_(dá)式所指向的類型是一樣的。例：

float f=12.3；float*fpointer=&f；int*p；

在上面的例子中，假如想讓指針p指向?qū)崝?shù)f，那么p=&f是錯誤的。因?yàn)橹羔榩的類型是int*，它指向的類型是int。表達(dá)式&f的結(jié)果是一個指針，指針的類型是float*,它指向的類型是float。兩者不一致，直接賦值的方法是不行的。為了達(dá)到目的，需要進(jìn)行“強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換”：p=（int*）&f；如果有一個指針p，需要把它的類型和所指向的類型改為TYEP*TYPE，那么語法格式是：（TYPE*）p；

這樣強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的結(jié)果是一個新指針，該新指針的類型是TYPE*，它指向的類型是TYPE，它指向的地址就是原指針指向的地址。而原來的指針p的一切屬性都沒有被修改。

6 指針的安全問題

看下面的例子：

char s='a'； int*pointer； pointer=（int*）&s；*pointer=1298；

指針pointer是一個int*類型的指針，它指向的類型是int。它指向的地址就是s的首地址。在32位程序中，s占一個字節(jié)，int類型占四個字節(jié)。最后一條語句不但改變了s所占的一個字節(jié)，還把和s相臨的高地址方向的三個字節(jié)也改變了。這三個字節(jié)是干什么的？只有編譯程序知道，而寫程序的人是不太可能知道的。也許這三個字節(jié)里存儲了非常重要的數(shù)據(jù)，也許這三個字節(jié)里正好是程序的一條代碼，而由于對指針的馬虎應(yīng)用，這三個字節(jié)的值被改變了！這會造成崩潰性的錯誤。

如下例：

1、char a；

2、int*pointer=&a；

3、pointer++；

4、*pointer=115；

該例子完全可以通過編譯，并能執(zhí)行。但是第3句對指針pointer進(jìn)行自加1運(yùn)算后，pointer指向了和整形變量a相鄰的高地址方向的一塊存儲區(qū)。這塊存儲區(qū)里的具體內(nèi)容并不明確，有可能它是一個非常重要的數(shù)據(jù)，甚至可能是一條代碼。而第4句竟然往這片存儲區(qū)里寫入一個數(shù)據(jù)！這是嚴(yán)重的錯誤。所以在使用指針時，程序員心里必須非常清楚指針的指向。在用指針訪問數(shù)組的時候，也要注意不要超出數(shù)組的低端和高端界限，否則也會造成類似的錯誤。

［1］王敬華，等.C 語言程序設(shè)計(jì)教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社.2006.264-380.

［2］譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1995，157-212.

［3］吳斌.C語言指針的教學(xué)［J］.安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2004，（9）：67-69.

（責(zé)任編輯 李學(xué)斌）

TP312

A

1673-2014（2010）02-0026-03

2010—04—02

李 瑛（1973— ），女，河北保定人，碩士，講師，主要從事計(jì)算機(jī)人工智能研究。