第六部分：指针初步

一、指针概述

要讲述指针，首先要讲到数据在内存中的存储方式。在 C 编译系统中，系统为整形数据分配 4 字节内存空间，为字符型数据分配1字节内存空间。而内存区每个字节都有一个编号，这个编号就是这个字节的地址。由于通过地址可以找到存放这个变量的位置，所以说这个地址指向这个变量，通常我们称这个地址是变量的指针。

例如我们有如下代码：

int a = 5;

变量 a 在内存中的存放情况示意图如下：

alt text

其中，这个变量占用 4 个字节的内存空间，如果有下一个变量被声明，地址号则是从 2004 开始。地址不一定是从 2000 开始，这里只是示意。如果我们声明了一个整型数组，则可以更好地理解整形数据占用 4 个字节的问题：

int a[4] = {1, 2, 3, 4};

地址	变量名	变量内容
2000	a[0]	1
2004	a[1]	2
2008	a[2]	3
2012	a[3]	4

当我们用 scanf 输入数据的时候需要用到 '&' 取地址符，例如：

int a;
scanf("%d", &a);

这个时候，系统将键盘输入的值送入 a 的地址指向的内存单元。如果有语句通过变量名直接调用这个变量，这叫做变量的“直接访问”。如果通过地址来访问变量的内容，这就叫做“间接访问”，这个时候就需要用到指针变量。

我们在 C 语言中定义过很多类型的变量，例如整形、浮点型、字符型，还有一种特殊的变量类型可以用来存放其他变量的地址，叫做指针变量，标识符是一个星号（*）。例如有指针变量 p，我们通过如下语句将变量 a 的地址存放给 p：

p = &a;

这个时候变量 a 与 p 在内存中的关系如下图：

alt text

可以看到，p 本身是一个变量，它存放的内容是 a 的地址，p 的内容指向变量 a。这个时候称 p 是指向 a 的指针变量。这样看来，指针变量就是可以存放其他变量地址的变量。

二、定义与引用指针

定义指针变量的一般形式为：

类型名 *指针变量名;

例如：

int *p;

通过下面这个例子可以更加详细理解指针变量：

#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 2, b = 3;
    int *p1, *p2;
    p1 = &a;
    p2 = &b;
    printf("a = %d , b = %d\n" , a , b);
    printf("*p1 = %d , *p2 = %d\n", *p1, *p2);
    return  0;
}

运行结果是：

a = 2 , b = 3
*p1 = 2 , *p2 = 3

定义指针后，要告诉系统这个指针指向的变量是谁，例如上例中的 6、7 行。给指针赋值后就可以通过指针来访问指针指向的变量了，在第 9 行，通过 * 号和指针变量名来代表这个指针变量指向的内容。

指针变量同时可以作为函数的参数，例如下面的例程，通过函数交换两个变量的值：

#include<stdio.h>
void swap(int *p1, int *p2)
{
    int temp;
    temp = *p1;
    *p1 = *p2;
    *p2 = temp;
}

int main()
{
    void swap(int *p1, int *p2);
    int *point1, *point2;
    int a = 1 , b = 2;
    point1 = &a;
    point2 = &b;
    printf("a = %d , b = %d\n", *point1, *point2);
    swap(point1, point2);
    printf("a = %d , b = %d\n", *point1, *point2);
    return 0;
}

可以思考一个问题，main 函数中两个指针变量的指向改变了没有？

三、指针与数组

我们已经知道，每个变量都有它自己的地址，由于数组是多个同类型的变量，所以每个数组元素都有它自己的地址，且在一个数组内的所有元素地址是连续的。数组元素的指针就是数组元素的地址。当我们想引用数组元素，可以用下标引用，这是数组元素的直接引用。通过指针引用数组是数组元素的间接引用。

特别地，C 语言中数组名代表数组首元素的地址。例如下面第 3、4 两行代码等价：

int *p;
int a[10];
p = a;
p = &a[0];

当指针指向数组元素的时候，对指针的运算概念与我们之前提到的四则运算有所不同。指针加一个整数 n 时，代表指针向前移动 n 个元素，减则为向后移动。同样也可以进行自加和自减运算。当两个指针都指向同一个数组中的元素时，两个指针相减则表示两个指针相隔的距离。例如：

#include<stdio.h>
int main()
{
    int *p;
    int a[10];
    int i;
    p = a;    //这行可以等价为  p = &a[0] 或*p = a[0]
    for(i = 0; i < 10; i ++)
        a[i] = i;
    for(i = 0; i < 10; i ++, p ++)
        printf("%d", *p);
    return  0;
}

特别地，当指针指向数组元素进行加减时，指针加一不是将 p 的值（地址）简单地加一，而是加上一个指针类型所占用内存大小的字节数。例如我们定义指针和数组如下：

char a[] = "WELCOME";
int *p;
p = a;

注意到数组类型和指针类型不同，但我们将指针指向数组首元素。这个时候如果：

printf("%c" , *p);
p ++;
printf("%c" , *p);

第 1 行会输出字符数组的首字符 'W'，但经过第 2 行指针移动后，第 3 行不会输出第二个字符而会输出第 5 个字符 O。这就是因为整形元素占用 4 个字节，而字符型元素占用 1 个字节。移动指针时按照指针类型移动了 4 个字节，相当于字符数组的 4 个元素的大小。

同时，指针还可以与之前学过的函数结合，例如数组首元素可以当成函数的参数，可以声明指针类型的数组，感兴趣的可以自己查阅参考文献 1 的教材。

四、练习题

结合之前提到的例程：

#include<stdio.h>
void swap(int *p1, int *p2)
{
    int temp;
    temp = *p1;
    *p1 = *p2;
    *p2 = temp;
}
int  main()
{
    void swap(int *p1, int *p2);
    int *point1, *point2;
    int a = 1, b = 2;
    point1 = &a;
    point2 = &b;
    printf("a = %d , b = %d\n", *point1, *point2);
    swap(point1, point2);
    printf("a = %d , b = %d\n", *point1, *point2);
    return 0;
}

思考，如果将 swap 函数改成如下：

swap(int x1, int x2)
{
    int temp;
    temp = x1;
    x1 = x2;
    x2 = temp;
}

这个时候为什么不能完成值的交换？

本部分更多的练习将结合下一部分出现。

第六部分：指针初步

一、指针概述 ​

二、定义与引用指针 ​

三、指针与数组 ​

四、练习题 ​

一、指针概述

二、定义与引用指针

三、指针与数组

四、练习题