C語言中操作對象的指針法引用

秦玉平，冷強(qiáng)奎，李祥納

（1.渤海大學(xué) 數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，遼寧 錦州121013；2.渤海大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州121013；3.北京國電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京100761）

0 引言

內(nèi)存中每一個字節(jié)都有一個標(biāo)明其位置的地址.C語言編譯程序在對源程序編譯時，為每個變量分配連續(xù)的一定字節(jié)數(shù)的存儲單元.變量所分配的存儲單元的第一字節(jié)的地址就是該變量的地址［1-2］.

編譯程序在為變量分配存儲單元的時，記錄下變量的名稱、變量的數(shù)據(jù)類型和變量的地址.在對變量進(jìn)行操作時，先通過變量名查取變量的地址，再根據(jù)變量的數(shù)據(jù)類型到相應(yīng)的內(nèi)存單元存取數(shù)據(jù).由于地址起到尋找操作對象的作用，就像一個指向?qū)ο蟮闹羔?，所以把地址稱為“指針”.

程序離硬件越近，其執(zhí)行效率就越高.C語言中有指針類型，能夠直接訪問內(nèi)存，即直接對物理硬件進(jìn)行操作.因此，合理使用指針能有效提高C語言代碼的質(zhì)量，但使用不當(dāng)也會導(dǎo)致效率低下.指針是C語言教學(xué)的重點(diǎn)，也是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的難點(diǎn)［3-5］.為便于學(xué)習(xí)者快速掌握C語言指針知識，并熟練使用指針進(jìn)行C語言程序設(shè)計，本文對C語言中指針的定義、指向?qū)ο蟮囊眉白⒁馐马?xiàng)進(jìn)行詳細(xì)的闡述.

1 變量的指針法引用

變量的指針是常量，可通過取地址符“&”得到.指針變量定義的一般形式為：

類型標(biāo)識符*變量名

1.1 基本型變量的指針法引用

用指針引用基本型變量的一般形式為：*指針變量名

注意：定義變量時，變量名前加“*”，表示該變量為指針變量；使用指針變量時，指針變量名前加“*”，表示該指針變量所指向的變量.

【例1】用指針引用基本類型變量舉例.

例1中，指針變量p指向整型變量a，此時可以用p引用變量a，即*p與a等價.變量a、p的值及它們之間的關(guān)系如圖1所示.

圖1 變量a和p的值及其關(guān)系

指針變量的地址是指針變量所指向?qū)ο蟮亩壷羔槪ㄖ羔槼Ａ浚?，可以定義二級指針變量，其一般形式為：

類型標(biāo)識符 **變量名

【例2】用二級指針引用操作對象舉例.

例2中，一級指針變量p指向變量a，二級指針變量pp指向一級指針變量p.此時可用pp引用變量a，即**pp與a等價.變量a、p和pp的值及它們之間的關(guān)系如圖2所示.

圖2 變量a、p和pp的值及其關(guān)系

1.2 結(jié)構(gòu)體（共用體）型變量的指針法引用

用結(jié)構(gòu)體（共用體）指針變量可以引用其所指向變量的成員，其引用方式為：

（*指針變量名）.成員名 或 指針變量名-＞成員名

【例3】用指針引用結(jié)構(gòu)體變量舉例.

例3中，把變量stu的地址（&stu）賦給指針變量p，可用指針變量p引用變量stu的成員，此時，（*p）.name與stu.name等價，p-＞score與stu.score等價.

常用指針作函數(shù)的參數(shù)［6］，此時形參和對應(yīng)實(shí)參指向同一對象，修改形參指向的對象相當(dāng)于修改實(shí)參指向的對象，通過一次函數(shù)調(diào)用可以得到多個返回值.另外，常用指針對鏈表操作.

【例4】用指針操作鏈表舉例.

例4中，函數(shù)max的功能是計算單鏈表中數(shù)據(jù)的最大值，用結(jié)構(gòu)體指針變量p遍歷單鏈表，用結(jié)構(gòu)體指針變量m指向最大值結(jié)點(diǎn)，最后返回最大值結(jié)點(diǎn)的指針.

注意：由于鏈表的存儲空間不一定連續(xù)，因此鏈表中的指針后移不能用自加運(yùn)算完成，而是用所指向結(jié)點(diǎn)的指針域值更新實(shí)現(xiàn).

2 一維數(shù)組元素的指針法引用

C語言中，數(shù)組名代表數(shù)組的起始地址，是地址常量.數(shù)組元素的引用可以用數(shù)組名法，也可以用指針變量法.

2.1 用數(shù)組名引用數(shù)組元素

用數(shù)組名引用數(shù)組元素的一般形式為：

*（數(shù)組名+表達(dá)式）

其中，表達(dá)式類型任意，一般為算術(shù)表達(dá)式，其值為數(shù)組元素的下標(biāo).

【例5】用一維數(shù)組名引用數(shù)組元素舉例.

例5中，*（a+i）表示a［i］，在編譯時，編譯系統(tǒng)自動將下標(biāo)法轉(zhuǎn)換為數(shù)組名法，所以下標(biāo)法和數(shù)組名法的執(zhí)行效率相同.

2.2 用指向一維數(shù)組元素的指針變量引用數(shù)組元素

指向一維數(shù)組元素的指針變量的定義與指向變量的指針變量的定義相同.用指針變量引用數(shù)組元素的一般形式為：

*（指針變量+表達(dá)式）或指針變量［表達(dá)式］

其中，表達(dá)式類型任意，一般為算術(shù)表達(dá)式.若指針變量指向數(shù)組的第一個元素，則表達(dá)式的值就是要引用的數(shù)組元素的下標(biāo)，否則要引用的數(shù)組元素的下標(biāo)為：指針變量-數(shù)組名+表達(dá)式.

【例6】用指針變量引用一維數(shù)組元素舉例.

例6中，通過賦值運(yùn)算p=a，指針變量p指向數(shù)組a［0］，*（p+2+2）表示數(shù)組元素a［4］；通過賦值運(yùn)算p=&a［2］，指針變量p指向數(shù)組a［2］，p［1］表示數(shù)組元素a［3］，p［-1］表示數(shù)組元素a［1］；for語句中用指針變量p遍歷一維數(shù)組，因?yàn)閜是變量，所以可以進(jìn)行自加自減運(yùn)算.

3 二維數(shù)組元素的指針法引用

C語言對二維數(shù)組的處理方法是將其分解成多個一維數(shù)組.

若有定義：int a［3］［4］；

則C語言對數(shù)組a的處理方法如圖3所示.即將每一行看作一個一維數(shù)組，數(shù)組名為a［i］（0≤i≤2），元素依次為a［i］［0］、a［i］［1］、a［i］［2］和a［i］［3］，把a(bǔ)看作由元素a［0］、a［1］和a［2］組成的一維數(shù)組.

圖3 二維數(shù)組a的處理方法

可以用一維數(shù)組名和二維數(shù)組名引用二維數(shù)組元素，也可用指針變量引用二維數(shù)組元素.

3.1 用一維數(shù)組名引用二維數(shù)組元素

用一維數(shù)組名引用二維數(shù)組元素的一般形式為：

*（一維數(shù)組名+表達(dá)式）

其中，表達(dá)式的類型任意，一般為算術(shù)表達(dá)式，其值為二維數(shù)組元素的列標(biāo).

由于二維數(shù)組在內(nèi)存中按行連續(xù)存儲，所以可以把二維數(shù)組a看成是數(shù)組名為a［0］的一維數(shù)組，二維數(shù)組元素a［i］［j］可表示為：*（a［0］+i*列數(shù)+j）.

【例7】用一維數(shù)組名引用二維數(shù)組元素舉例.

例7中，*（a［2］+3）、*（a［1］+7）和*（a［0］+11）都表示數(shù)組元素a［2］［3］，*（a［0］+2*4+1）表示數(shù)組元素a［2］［1］.

3.2 用二維數(shù)組名引用數(shù)組元素

用二維數(shù)組的數(shù)組名引用二維數(shù)組元素的一般形式為：

*（*（數(shù)組名+表達(dá)式1）+表達(dá)式2）

其中，表達(dá)式1和表達(dá)式2的類型任意，一般為算術(shù)表達(dá)式.表達(dá)式1的值是行標(biāo)，表達(dá)式2的值是列標(biāo).

【例8】用二維數(shù)組名引用二維數(shù)組元素舉例.

例8中，*（*（a+i）+j）表示數(shù)組元素a［i］［j］.編譯時，編譯系統(tǒng)自動將二維數(shù)組元素的下標(biāo)表示法轉(zhuǎn)換為數(shù)組名表示法.

3.3 利用指向二維數(shù)組元素的指針變量引用數(shù)組元素

指向二維數(shù)組元素的指針變量的定義與指向變量的指針變量的定義相同.用指向二維數(shù)組元素的指針變量引用二維數(shù)組元素的一般形式為：

*（指針變量+表達(dá)式）

其中，表達(dá)式的類型任意，一般為算術(shù)表達(dá)式.若指針變量指向二維數(shù)組的第一個元素，則引用的數(shù)組元素的行標(biāo)為：（表達(dá)式）/列數(shù)，列標(biāo)為：（表達(dá)式）%列數(shù)；否則引用的數(shù)組元素的行標(biāo)為：（指針變量-數(shù)組名［0］+表達(dá)式）/列數(shù)，列標(biāo)為：（指針變量-數(shù)組名［0］+表達(dá)式）%列數(shù).

【例9】用指向二維數(shù)組元素的指針變量引用數(shù)組元素

例9中，通過賦值運(yùn)算p=a［0］，p指向a［0］［0］，*（p+2+2）表示數(shù)組元素a［1］［0］；通過賦值運(yùn)算p=a［1］，p指向a［1］［0］，p［1］表示數(shù)組元素a［1］［1］；for語句中用指針變量p遍歷數(shù)組，依次輸出二維數(shù)組元素值.

3.4 用指向一維數(shù)組的指針變量引用二維數(shù)組元素

指向一維指數(shù)組指針變量定義的一般形式為：

類型標(biāo)識符（*指針變量名）［常量表達(dá)式］

其中，常量表達(dá)式的值是二維數(shù)組的列數(shù).

用指向一維數(shù)組的指針變量引用二維數(shù)組元素的一般形式為：

*（*（指針變量+表達(dá)式1）+表達(dá)式2）

其中，表達(dá)式1和表達(dá)式2的類型任意，一般為算術(shù)表達(dá)式.表達(dá)式2的值為要引用的二維數(shù)組元素列標(biāo).若指針變量指向第一行，則表達(dá)式1的值為要引用的二維數(shù)組元素行標(biāo)；否則，要引用的二維數(shù)組元素行標(biāo)為：指針變量-二維數(shù)組名+表達(dá)式1.

【例10】用指向一維數(shù)組的指針變量引用二維數(shù)組元素.

例10中，p是向一維數(shù)組的指針變量，指向二維數(shù)組a的第一行，*（*（p+row）+col）表示數(shù)組元素a［row］［col］.用指向一維數(shù)組的指針變量引用二維數(shù)組元素時，也可用下標(biāo)法表示，程序中的*（*（p+row）+col）可以寫成p［row］［col］.

4 字符串的指針法引用

C語言中沒有字符串變量，可以用字符數(shù)組實(shí)現(xiàn)字符串（對字符串中字符的引用與前面介紹的數(shù)組元素的引用相同），也可以用字符指針變量實(shí)現(xiàn)字符串.

【例11】用指針變量實(shí)現(xiàn)字符串舉例.

例11中，p是字符指針變量，并將字符串常量"china"的首地址賦給它，即p指向字符串的第一個字符“c”.程序的輸出結(jié)果是從p+2指向字符開始的子串"ina".

5 函數(shù)的指針法調(diào)用

函數(shù)名代表函數(shù)的入口地址，是地址常量.指向函數(shù)的指針變量定義的一般形式為：

［返回值類型］（*指針變量名）（［形參表列］）

可以用指向函數(shù)的指針變量調(diào)用函數(shù)，其一般形式為：

（*指針變量名）（［實(shí)參表列］）或 指針變量名（［實(shí)參表列］）

【例12】用指向函數(shù)的指針變量調(diào)用函數(shù)舉例.

例12中，指針變量p指向函數(shù)max，函數(shù)調(diào)用（*p）（a，b）等價于max（a，b））.

6 用文件指針使用文件

用戶在使用文件時，須將文件調(diào)入內(nèi)存，并通過一個結(jié)構(gòu)體類型的指針與其建立聯(lián)系，從而對文件進(jìn)行操作.這種結(jié)構(gòu)體類型的指針是對文件信息的描述，包括文件的描述符、緩沖區(qū)的大小、文件的長度、文件中當(dāng)前處理的數(shù)據(jù)位置等.文件指針變量定義的一般形式為：

FILE*指針變量；

【例13】用文件指針對文件操作舉例.

例13中，文件指針fp1與文件e1.txt建立了聯(lián)系，文件指針fp2與文件e2.txt建立了聯(lián)系，程序的功能是將文件e1.txt的內(nèi)容復(fù)制到文件e2.txt中.

注意：文件指針與文件位置指針不同，文件指針用來標(biāo)識文件，須在程序中定義說明，文件位置指針是指文件打開之后，在文件內(nèi)部進(jìn)行移動的指針，用以指示文件內(nèi)部的當(dāng)前讀寫位置，每讀寫一次，文件位置指針自動向后移動，它是系統(tǒng)設(shè)置的，不需要在程序中定義說明.

7 結(jié)束語

指針是C語言的精髓，合理利用指針能提高代碼的質(zhì)量，但使用不當(dāng)會導(dǎo)致效率低下.使用指針引用操作對象時需注意四點(diǎn)：一是區(qū)分常量和變量，二是指向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)類型，三是對象引用方式，四是指針變量使用前是否被賦值.變量的指針是常量，常用指針變量引用所指向的變量.數(shù)組的指針是常量，常用指向數(shù)組元素和數(shù)組的指針變量引用數(shù)組元素.函數(shù)的指針是常量，可用指向函數(shù)的指針變量調(diào)用函數(shù).stdin、stdout和stderr是文件指針常量，分別指向標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)出錯輸出文件，對文件進(jìn)行操作時，需用文件指針變量與文件建立聯(lián)系.指針變量在使用前一定要賦初值，且類型一定要匹配，不能將基本類型數(shù)據(jù)（0除外）直接賦給指針變量，也不能將一個指針直接賦給與它類型不同的指針變量.