C語言中指針的研究與總結(jié)

李祥琴

荊楚理工學(xué)院計(jì)算機(jī)工程學(xué)院 湖北·荊門 448000）

摘 要 指針在C語言學(xué)習(xí)中起著舉足輕重的作用，c語言學(xué)的好不好關(guān)鍵在于對指針的掌握。本文介紹了指針學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀、引入指針的作用，并對C語言指針中較易混淆的概念進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后探討了指針與數(shù)組、函數(shù)的關(guān)系和使用方法。

關(guān)鍵詞 指針 C語言 數(shù)組 函數(shù)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Study and Summary on Pointer in C Language

LI Xiangqin

(School of Computer Science, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430079;

School of Computer Engineering, Jingchu University of Technology, Jingmen, Hubei 448000)

Abstract Pointer in C language learning plays an important role, the key is to master the pointer in C Language. This article describes the learning status of pointer, the role of introduction of the pointer, and C language pointer more confusing concepts were elaborated, and finally explore the relationship between pointers and arrays, functions, and use.

Key words pointer; C Language; array; function

0 引言

指針是C語言的精華，也是大學(xué)《C語言程序設(shè)計(jì)》①課程教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。通過使用指針變量可以較方便地使用字符串、數(shù)組，可以表示各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而能夠編寫出執(zhí)行效率高、可讀性強(qiáng)的程序，它在很大程度上增強(qiáng)了C語言的功能。

對于一個(gè)不涉及指針、只有程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、函數(shù)和數(shù)組的程序，許多學(xué)生在分析它時(shí)還覺得得心應(yīng)手，一旦引入了指針，便不知所措。究其原因，對指針的理解只停留在表層，沒有從較深層次去理解。指針的概念本身比較復(fù)雜，涉及指針與地址、普通變量與指針變量、指針與函數(shù)、指針與數(shù)組，使用也比較靈活，需要多思考、多總結(jié)、多上機(jī)，在實(shí)際操作中才能逐漸掌握。因此，如何學(xué)好C語言中的指針成了一個(gè)值得研究的課題，下面就幾年來在實(shí)踐教學(xué)過程中存在的想法進(jìn)行總結(jié)和學(xué)習(xí)。

1 引用指針的作用

通過定義指針變量可以確定存儲單元的地址和類型，如有int i, *p=&i；則變量i與*p是等價(jià)的，在程序中可以用變量i和*p兩種方式來訪問存儲單元。因此，指針變量是一種新的訪問存儲單元的方法，它的作用主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：

（1）能夠突破變量作用域的限制。程序中通常把一部分代碼放在一個(gè)函數(shù)中，基于函數(shù)的封閉性，有些操作我們不能在它的外部執(zhí)行，比如利用函數(shù)交換兩個(gè)實(shí)參的值。當(dāng)使用指針變量作參數(shù)時(shí)，實(shí)參傳遞的是對應(yīng)存儲單元的地址，若利用形式參數(shù)直接訪問對應(yīng)存儲單元，將會打破變量作用域的限制，可以在函數(shù)中使用外部的存儲單元。

（2）可以提高函數(shù)的執(zhí)行效率。形參相關(guān)的存儲單元較大時(shí)，如結(jié)構(gòu)體，函數(shù)執(zhí)行中用實(shí)參賦值給形參將花費(fèi)較多時(shí)間和存儲空間。如果把形參的類型換成相應(yīng)的指針類型，函數(shù)的執(zhí)行效率則會大大提高。

（3）使用未命名的存儲單元。內(nèi)存中的堆存儲空間在程序運(yùn)行中是用戶自己申請并指定大小，一般通過調(diào)用庫函數(shù)來完成，沒有變量直接參與，只能利用指針變量間接引用的方式實(shí)現(xiàn)。

2 指針中較易混淆概念的理解

2.1 指針變量和指針運(yùn)算符

C語言中通過變量使用計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存，變量是內(nèi)存中某塊存儲單元的標(biāo)識，它用來存放數(shù)據(jù)，如整型變量存儲整數(shù)，浮點(diǎn)型變量存儲實(shí)數(shù)。指針變量也是一種變量，定義一個(gè)指針變量就會有一塊存儲單元與之對應(yīng)，只是它存儲的是地址，是某類型的地址，如實(shí)型指針變量只能存儲實(shí)型變量的地址，短整型指針變量只能存儲短整型變量的地址。

指針運(yùn)算符“*”在指針中一般在兩種情況下出現(xiàn)：第一種是定義指針，如inti=13，*q；第二種是在賦值語句或程序執(zhí)行中出現(xiàn)。第一種中“*”代表該變量的類型是指針型變量，指針變量名是p，而不是*p。第二種中 “*” 運(yùn)算符表示取它指向的內(nèi)容，*q表示指針變量q所指向的變量。

比如給指針賦值，可以采用兩種方法: ① int i=3，*p; p=&i ② int i=3，*p=&i分別是先定義后賦值和邊定義邊賦值。實(shí)際教學(xué)中許多學(xué)生在先定義后賦值p=&i中常常將p錯(cuò)誤寫成*p ，主要是沒有弄清楚概念，&i表示變量i的地址，而*p表示p指向的變量，變量的內(nèi)容是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)和地址是兩種不同的值。

2.2 指針變量與自增自減運(yùn)算符混合

許多學(xué)生在編程過程中總是辨不清（*p）++與*p++，其實(shí)仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)表達(dá)式在程序執(zhí)行時(shí)是有規(guī)律可循的。比如有int i=3，*p; p=&i成立，則（*p）++可以（下轉(zhuǎn)第141頁）（上接第114頁）先求括號中的內(nèi)容，再進(jìn)行自增運(yùn)算，相當(dāng)于i++ ；而對于*p++來說，它需要考慮運(yùn)算符的優(yōu)先級和結(jié)合方向。由于自增運(yùn)算符++與指針運(yùn)算法*優(yōu)先級別相同，結(jié)合方向又為自右而左，它相當(dāng)于*（p++），可以分成兩步進(jìn)行計(jì)算，第一步執(zhí)行*p，即i的值，第二步執(zhí)行指針移動p=p+1， p值發(fā)生改變。

2.3 數(shù)組名和函數(shù)名

數(shù)組名不能代表整個(gè)數(shù)組。C語言規(guī)定數(shù)組名（不包括形參數(shù)組名，形參數(shù)組并不占據(jù)實(shí)際的內(nèi)存單元）代表數(shù)組中首元素的地址，②即序號為0的元素的地址。

假設(shè)a是一維數(shù)組，如inta[10]; ，數(shù)組名a代表數(shù)組首地址，則a+i代表從首地址開始，往后偏移i個(gè)位置，即相當(dāng)于是數(shù)組元素a[i]的地址。因此，a和&a[0]都代表第一個(gè)元素的地址，同理a+i和&a[i]都代表第i+1個(gè)元素的地址。

假設(shè)b是二維數(shù)組，如intb[4][5]; ,可以把數(shù)組b看成包含4個(gè)元素的一維數(shù)組（b[0]、b[1]、b[2]、b[3]）,而其中每一個(gè)元素又是一個(gè)一維數(shù)組，包括5個(gè)元素。因此，在二維數(shù)組中數(shù)組名b代表數(shù)組的首地址，b+1是序號為1的行的首地址或稱第2行的首地址。

跟數(shù)組名一樣，函數(shù)名可以退化成指針。函數(shù)名是函數(shù)的地址，也就是入口地址。

3 指針與數(shù)組、函數(shù)的關(guān)系

3.1 指針與數(shù)組

指針可以指向數(shù)組，而數(shù)組也可以是指針數(shù)組。因此，指針與數(shù)組關(guān)系中有指向數(shù)組元素的指針和和指針數(shù)組。兩者在形式上很相近，但意義不同。

定義指向數(shù)組元素的指針與指針變量的定義相似，如int a[10]; int*p;p=&a[0]; ,那么指針變量p指向了一維數(shù)組的第一個(gè)元素，通過指針下移可以指向數(shù)組中其它元素。而且，可以使用下標(biāo)法（如a[i]形式）和指針法（如*（a+i）或*（p+i））訪問一個(gè)數(shù)組元素。同時(shí)，在編程過程中我們經(jīng)常見到形如int（*p）[10]的表示形式，其中p用來表示指向一維數(shù)組，p所指向的對象包括10個(gè)整型元素的數(shù)組。

指針數(shù)組是形如*p[5]，它是一個(gè)數(shù)組，每一個(gè)元素都相當(dāng)于一個(gè)指針變量。為了更方便、靈活的處理字符串，引入了指針數(shù)組。二維字符數(shù)組和指針數(shù)組都可以用來存放字符串，如果使用二維字符數(shù)組存放則會產(chǎn)生一些問題，比如在定義二維字符數(shù)組時(shí)，需要規(guī)定列數(shù)，而實(shí)際操作中，給定的各個(gè)字符串長度往往不相等，若以最長得字符串長度來限定列數(shù)，將會浪費(fèi)許多內(nèi)存空間。如果以指針數(shù)組來存放，只需將指針數(shù)組的各個(gè)元素指向相應(yīng)字符串，通過改變指針數(shù)組元素的指向就能改變各元素的值。

3.2 指針與函數(shù)

指針可以指向字符變量、實(shí)型變量、一維數(shù)組、字符串，也可以指向一個(gè)函數(shù)。函數(shù)名代表函數(shù)的入口地址，即函數(shù)的指針，形如c =（*p）(a,b); ，它用指針形式實(shí)現(xiàn)了函數(shù)的調(diào)用。

函數(shù)可以返回整型值、實(shí)型值，也可以返回一個(gè)地址。形如，int*a（int x，int y）；從形式上看，該式子與普通函數(shù)的定義比較相似，這里函數(shù)名a前多了一個(gè)*運(yùn)算符，它表示函數(shù)是指針型函數(shù)，一般在該函數(shù)內(nèi)部會再定義一個(gè)指針變量，同時(shí)給出相應(yīng)的return語句。

4 總結(jié)

指針不僅在C語言中占據(jù)核心地位，還在一些課程如《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》③中起很重要的作用，該課程里幾乎所有算法的實(shí)現(xiàn)都離不開指針。而且，指針也出現(xiàn)在許多重要考試中，如大學(xué)計(jì)算機(jī)等級考試和計(jì)算機(jī)軟件水平能力考試。因此，指針是學(xué)好C語言的關(guān)鍵。但C語言概念復(fù)雜，使用靈活，大部分學(xué)生難以掌握。在上機(jī)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生更容易出錯(cuò)，而且錯(cuò)誤難以發(fā)現(xiàn)，這不僅要求教師在教學(xué)中能夠深刻理解指針的概念，做到靈活應(yīng)用，還需要不斷的進(jìn)行總結(jié)、比較和實(shí)踐，而且要求教師能夠利用各種教學(xué)手段與方法讓學(xué)生更容易接受和理解， 同時(shí)也要求學(xué)生能夠深入理解指針的概念、注重上機(jī)，在實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)、提高和完善。

注釋

① 任正云,李素若.C語言程序設(shè)計(jì).北京:水利水電出版社,2007.

② 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第三版）.北京:清華大學(xué)出版社,2005.

③ 嚴(yán)蔚敏,吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).北京:清華大學(xué)出版社,2004.