【C语言】指针的进阶（一）

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-10-16 00:26 59阅读 0赞

**目录**

前言

1. 字符指针

2. 指针数组

3. 数组指针

3.1 数组指针的定义

3.2 &数组名VS数组名

3.3 数组指针的使用

4. 数组参数、指针参数

4.1 一维数组传参

4.2 二维数组传参

4.3 一级指针传参

4.4 二级指针传参

5. 函数指针

--------------------

## 前言 ##

> 指针在C语言中可谓是有着举足轻重的存在，初学C语言的我们在《指针》章节已经接触过了一些指针的知识，知道了指针的概念：
> 
> 1.  指针就是个变量，用来存放地址，地址唯一标识一块内存空间。
> 2.  指针的大小是固定的4/8个字节（32位平台/64位平台）。
> 3.  指针是有类型，指针的类型决定了指针的+-整数的步长，指针解引用操作的时候的权限。
> 4.  指针的运算。

**指针的基础知识已经了解完毕，那么在这一篇博客里，我们将深入探讨指针的一些高级使用。**

## 1. 字符指针 ##

> 在指针的类型中我们知道有一种指针类型为字符指针 char\*

一般使用：

int main()
    {
    	char ch = 'w';
    	char* pc = &ch;
    	return 0;
    }

还有一种使用方式：

int main()
    {
    	const char* pstr = "abcdef";
    	printf("%s\n", pstr);
    	return 0;
    }

> 上面这种用法很多人会有一个误区，以为是把字符串 abcdef 放到字符指针 pstr 里了，但是本质是把字符串 abcdef 中的**首字符的地址**放到了pstr中。
> 
> **下面可以试着证明一下**：

![b3f0b4a3a8064da08ee003175110dd4a.png][]

>  *  字符串"abcdef"的地址就是a所在地址，那么"abcdef"\[3\]相当于 ““a地址\[3\]”” ，侧面印证了确实是把首字符地址存入了指针pstr中。
>  *  数组名就是首元素地址，既然说字符指针存放的是首字符的地址，那么试着用数组下标的方式访问字符指针指向的内容，结果发现一样可以打印出来。
>  *  因此完全可以把常量字符串想象成一个数组，然后用字符指针接收，操作起来与数组一致。
> 
> 注意：最好使用 **const** 修饰存放字符串的字符指针，因为字符串是常量，不允许被修改，如果修改了程序会崩溃。

**一道经典【面试题】，出自《剑指offer》：**

以下的最终输出是什么呢？

#include <stdio.h>
    int main()
    {
    	char str1[] = "nash.";
    	char str2[] = "nash.";
    	const char* str3 = "nash.";
    	const char* str4 = "nash.";
    	if (str1 == str2)
    		printf("str1 and str2 are same\n");
    	else
    		printf("str1 and str2 are not same\n");
    
    	if (str3 == str4)
    		printf("str3 and str4 are same\n");
    	else
    		printf("str3 and str4 are not same\n");
    
    	return 0;
    }

【答案】

> str1 and str2 are not same
> 
> str3 and str4 are same

【解释】

![e1b412e75a0e48988a7d4d1c011c37bb.png][]

>  *  **str1 和 str2 ：**用**相同的常量字符串**去**初始化不同的数组**的时候就会开辟出不同的内存块，str1和str2其实是各自创建了一个空间存放nash.，因此它们的地址是不一致的。
>  *  **str3 和 str4 ：**当用指针指向字符串时，因为nash是常量字符串，是不会被修改的，那么既然不能被修改，编译器就没必要保存多份，只需要一份，然后让指针都指向同一块内存即可，因此地址值是一致的。

【扩展】

int main()
    {
    	char str1[] = "hello bit.";
    	char str2[] = "hello bit.";
    	const char* str3 = "hello bit.";
    	const char* str4 = "hello bit.";
    
    	if (&str3 == &str4)
    		printf("Yes");
    	else
    		printf("No");
    	return 0;

【答案】

> 结果为No，因为str3和str4**本身的地址值**是不一样的，只是str3和str4指向的**内容**是一样的。

## 2. 指针数组 ##

> 这里我们复习一下，下面指针数组是什么意思？

int* arr1[10]; //整形指针的数组
    char *arr2[4]; //一级字符指针的数组
    char **arr3[5];//二级字符指针的数组

> **类比一下：**
> 
> 字符数组 —— 存放字符的数组
> 
> 整型数组 —— 存放整形的数组
> 
> **那么：**
> 
> 指针数组 —— 存放指针的数组，即**存放在数组中的元素都是指针类型**。

那么很多人有个疑问，指针数组到底有什么用呢？

> 很多人直观的感受就是定义abcd，然后将它们的地址都存入整型指针数组中。如下：

错误的使用方式，【没有意义】
    int main()
    {
    	int a = 0;
    	int b = 1;
    	int c = 2;
    	
    	int* arr[3] = { &a,&b,&c };
    	return 0;
    }

> 但是很少有人会这样使用的，没有这种使用场景，也没有人会这样使用，这样写的没有任何意义。
> 
> **正确**的使用场景之一：

【可以使用指针数组模拟一个二维数组】
    int main()
    {
    	int arr1[] = { 1,2,3,4,5 };
    	int arr2[] = { 2,3,4,5,6 };
    	int arr3[] = { 3,4,5,6,7 };
    	
    	int* arr[3] = { arr1,arr2,arr3 };
        //遍历三个数组
    	int i = 0;
    	for ( i = 0; i < 3; i++)
    	{
    		int j = 0;
    		for ( j = 0; j < 5; j++)
    		{
    			printf("%d ", arr[i][j]);
    		}
    		printf("\n");
    	}
    	return 0;
    }

> 使用指针数组维护多个数组，模拟出一个二维数组，因此操作也与而二维数组类似。

![62e6729e81ae4d5b9512d6356a85a176.png][]

> 还有使用指针数组维护多个字符串：

![ebc2d11b88b3463ba5880d5a8909a0c0.png][]

> 当然还有很多其他的应用场景，但是由于篇幅有限，这里就不再一一列举。

## 3. 数组指针 ##

#### 3.1 数组指针的定义 ####

数组指针是指针？还是数组？

> **类比一下：**
> 
> 整型指针 —— 指向整形的指针
> 
> 字符指针 —— 指向字符的指针
> 
> **那么：**
> 
> 数组指针 —— 指向数组的指针

下面代码哪个是数组指针？

int *p1[10];
    int (*p2)[10];
    //p1, p2分别是什么？

【解释】

> p2是数组指针。
> 
> p2先和\*结合，说明p2是一个指针变量，然后指着指向的是一个大小为10个整型的数组。所以p是一个指针，指向一个数组，叫数组指针。  
> 这里要注意：\[ \]的优先级要高于\*号的，所以**必须加上（）**来保证p2先和\*结合。

#### 3.2 &数组名VS数组名 ####

> 在**往期博客**（链接：[点击前往][Link 1]）中有提到过：
> 
> 数组名就是地址，通常来说：数组名是数组首元素的地址。
> 
> **但是，存在两种特殊情况：**
> 
> 1、sizeof(数组名)，这里的数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节。
> 
> 2、&数组名，这里的数组名表示整个数组，取出的是整个数组的地址。
> 
> **除此之外**，所有遇到的数组名都是数组首元素的地址。

![4da821f7e38744bf9bb32a0259835eb6.png][]

> 由上图可以证明，第一组和第二组+1时都只是跳过四个字节，即arr表示的是首元素地址。
> 
> 而第三组可以发现，&arr和&arr+1之间跳过了40个字节，即一整个数组的大小，**因此证明&arr表示整个数组。**

> **指针类型决定了指针+1到底+几个字节。**
> 
> 那么我们大胆猜测一下，arr的类型是int\*，&arr\[0\]的类型也是int\*，
> 
> **那么&arr的类型就是int (\*)\[10\],即数组指针存放数组。**

既然看完了什么是数组指针，那么做一道题来检测一下自己是否理解明白。

【练习】

> 下面代码中pc的类型是什么？

int main()
    {
    	char* arr[5];
    	pc = &arr;  //给pc定义类型
    
    	return 0;
    }

【答案】

> char\* (\*pc)\[5\] = &arr;

【解释】

> 首先pc得是个指针，即(\*pc)
> 
> 指向一个元素为5的数组，即(\*pc)\[5\]
> 
> 数组每个元素的类型是char\*，即char\* (\*pc)\[5\]

那么数组指针有哪些使用场景呢？

#### 3.3 数组指针的使用 ####

错误使用场景：

> 这种场景一点也不方便，在使用数组时反而更麻烦了，有一种 “脱裤子放屁” 的感觉。这种使用方式基本上不会出现。

![9494102bda8743a289a6eb8c81f99bf3.png][]

> 如果非要用指针接收数组，也应该使用指针接收首元素地址，而不是接收整个数组的地址。这才是正确的访问姿势。

![4bf54197fc5e40efb1e37daf9b27f20b.png][]

> 其实，在一维数组传参过程中，形参既可以写成数组的形式，又可以写成指针的形式，因为本质上这两种方式都是传递的是数组首元素地址，是互等的。
> 
> **既然本质上都是地址，那么为什么还要写成数组形式呢？**
> 
> 那是因为能够写成数组形式完全是**为了照顾初学者**，因为实参是一个数组，形参也定义一个数组来接收这个数组这种方式更能够让初学者理解。因此即使这么写，本质也还是指针。

![9dd698a9cbc1460787cd7b0880179b2e.png][]

> 同理，二维数组传参也有两种方式：
> 
> 1.  形参也是使用二维数组的形式。
> 2.  形参使用数组指针的形式。

![110d5f7449354426aecb362a7f72fcc7.png][]

学了指针数组和数组指针我们来一起回顾并看看下面代码的意思：

int arr[5];
    int *parr1[10];
    int (*parr2)[10];
    int (*parr3[10])[5];

【答案】

> 1.  arr 是一个能够存放5个整型数据的数组。
> 2.  parr1 是一个数组，能够存放整型指针的数组，数组大小为10。
> 3.  parr2 是一个指针，指向元素为10的数组，每个元素的类型是int\*
> 4.  parr3 是一个数组，数组有10个元素，指向一个指针，指针指向的内容是元素为5的数组，每个元素的类型是int，即是一个**存放数组指针的数组。**
> 
> 当然parr3看不懂也不要着急，这种形式是很少用到的，只是作为拓展知识点了解即可。

![31672d3df5aa42888cb406e09ea6c6c5.png][]

## 4. 数组参数、指针参数 ##

#### 4.1 一维数组传参 ####

![e505bce0141e4c57bc8b29be38ad2ece.png][]

#### 4.2 二维数组传参 ####

![3af52371c91d4226b37594ac6615b069.png][]

> 二维数组传参，函数形参的设计只能省略第一个\[\]的数字。因为对一个二维数组，可以不知道有多少行，但是必须知道一行多少元素。这样才方便运算。

#### 4.3 一级指针传参 ####

> 一级指针传参，形参就写成一级指针就行。

#include <stdio.h>
    void print(int* p, int sz)
    {
    	int i = 0;
    	for (i = 0; i < sz; i++)
    	{
    		printf("%d\n", *(p + i));
    	}
    }
    int main()
    {
    	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
    	int* p = arr;
    	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    	//一级指针p，传给函数
    	print(p, sz);
    	return 0;
    }

【思考】

> 当一个函数的参数部分为一级指针的时候，函数能接收什么参数？

【答案】

![8dbe9a83e8134bb4bca4414a60ac278e.png][]

#### 4.4 二级指针传参 ####

#include <stdio.h>
    void test(int** ptr)
    {
    	printf("num = %d\n", **ptr);
    }
    int main()
    {
    	int n = 10;
    	int* p = &n;
    	int** pp = &p;
    	test(pp);
    	test(&p);
    	return 0;
    }

【思考】

> 当函数的参数为二级指针的时候，可以接收什么参数？

【答案】

![a40f45e58bb54a62b88739ea3aead060.png][]

## 5. 函数指针 ##

> 函数指针 —— 指向函数的指针 —— 存放的是函数的地址

![324fc89d106b46f68fe4fb89a74b33e0.png][]

> &Add和Add完全等价，下面的例子可以证明。

![23c06d23aa194ce7966714e11620f28e.png][]

> 可以定义 int (\*pf2)(int,int) = &Add; 将&Add赋值给pf2， **pf2便是函数指针**。
> 
>  *  Add引用函数返回ret1
>  *  此时对pf2解引用在调用函数返回ret2
>  *  对pf2直接调用函数返回ret3
>  *  在pf2前面加很多解引用返回ret4
> 
> 最后打印结果居然发现，**四个结果都是一样的。**
> 
> 所以得出结论：函数指针在调用所指向函数时，可以不写\*直接和函数名一样调用函数，而\*号在这里其实就只是一个摆设，**同样是为了照顾初学者的使用习惯**，所以才会导致当加了很多\*号去解引用时得出来的结果依然是正确的结果。

**下面来看两端有趣的代码：**

**1、**

(*(void (*)())0)();

>  *  void (\*)() ———— 函数指针类型
>  *  ( void (\*)() )0 ———— 对0进行强制类型转换，转换成函数指针。即将地址0当做存放函数指针的地址。
>  *  (\*( void (\*)())0 )() ———— 通过函数指针调用函数，函数的参数为空。
> 
> **即上面的代码实在调用0地址处的函数，这个函数没有参数，返回值是void。**

该代码出自**《C陷阱和缺陷》**

![0c79b9aa91d34fdfb20b2778addb8ebb.png][]

**2、**

void (*signal(int , void(*)(int)))(int);

>  *  signal(int, void(\*)(int)) ———— signal是一个函数，它有两个参数，整型int和函数指针类型void(\*)(int)。
>  *  void (\*signal(int , void(\*)(int)) )(int); ———— signal函数的返回类型也是函数指针类型void (\*)(int)

但是这个代码看着太复杂了，有没有办法简化呢？

> 有没有办法将代码写成符合我们习惯的形式这样：返回类型在前，函数名在中间，函数参数在后的：void (\*)(int) signal(int , void(\*)(int))，这样直接写是肯定不支持的，但是可以通过**typedef**优化一下：

typedef void(*pfun_t)(int);  //对void(*)(int)重新起名为pfun_t
    pfun_t signal(int, pfun_t);

> 对void(\*)(int)重新起名为pfun\_t，这样写出来的代码就清楚多了。

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