C语言指针入门《C语言非常道》

墨蓝 2023-10-09 09:45 43阅读 0赞

# C语言指针入门 《C语言非常道》 #

作为一个程序员，我接触 C 语言有十年了。有的朋友让我推荐 C 语言的参考书，我不敢乱推荐，尤其是国内作者写的书，往往七拼八凑，漏洞百出。

但是，李忠老师的《C语言非常道》值得一读。对了，李老师有个官网，网址是：

[李忠老师官网][Link 1]

最棒的是，有配套的教学视频，可以试看。

[试看点这里][Link 2]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM0OTA4OTY_size_16_color_FFFFFF_t_70]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM0OTA4OTY_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

接下来言归正传，讲解指针。以下内容很多都参考了李忠老师的《C语言非常道》，如果读起来吃力的话，建议看视频。

### 文章目录 ###

*  C语言指针入门 《C语言非常道》
 *   *  初识指针
     *  取地址运算符和指针变量的声明
     *  指针指向什么类型很重要
     *  解引用运算符
     *  总结与补充

指针是 C 语言的难点，也是亮点。有人说如果不懂指针，那就不算是掌握了 C 语言。

作为一个嵌入式软件工程师，我认为指针是 C 语言的杀手锏，离开了它，C 语言不可能在嵌入式领域“一览众山小”。

好了，进入正题。

## 初识指针 ##

int a = 5;

这句话定义了 int 类型的变量 a，并给它赋值 5；

在计算机执行这条语句的时候，会为变量 a 分配内存。

从此，这块内存就和 a 联系起来了，可以说变量名 a 就是这块内存的化身。目前，这块内存的存储值是 5。

![在这里插入图片描述][20190924232145887.png]

如果你要把存储值修改为 8，你可以写

a = 8;

程序执行的时候，它自然会根据变量名 a 找到这块内存，把里面存储的值改为 8.

![在这里插入图片描述][20190924232158593.png]

如果不知道这块内存的名字是 a，你还能修改它的存储值吗？

方法还是有的，那就是通过“指针”。

其实在计算机眼中，内存是有地址的。要访问某个内存单元，需要知道它的地址。如果把内存比喻成一排房子，那内存地址就是房子的门牌号码。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM0OTA4OTY_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

如上图所示，右边标注的就是内存的地址（假设一个格子占 4 字节），变量 a 的内存地址就是 12.

如下图所示，假设有个变量 b，它里面的内容刚好是变量 a 的内存地址（12），那么顺着这个地址就可以找到变量 a.

红色箭头表示顺着变量 b 的值（其实是 a 的地址——12）找到了变量 a.

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM0OTA4OTY_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

你瞧，b 代表的值，像指针一样，指向那个地址上的变量，鉴于这种类比特别形象，C 语言引入了指针类型，简称指针。图中的变量 b 就是指针类型。

## 取地址运算符和指针变量的声明 ##

有人问，你怎么知道变量 a 的地址是 12 呢？

C 语言里面有个运算符——“&”，叫“取地址运算符”，用于取得某个变量的地址。要得到变量 a 的地址，可以这样写：`&a`

要想把 a 的地址保存在 b 中，可以这样写：

int *b;
    int a = 8;
    b = &a;

第 1 行，定义了一个变量，变量名字是 b.  
第 3 行，获得变量 a 的地址，把这个地址存储在变量 b 中。

`int *b;` 应该这样理解：

首先，从标识符开始读，因为标识符 b 的右边是分号，所以要向左读，左边是 `*`，意思是指针，所以读做 **b 的类型是指针**；

其次，对于指针这种类型来说，它指向的类型也很关键，我们继续向左读，遇到了“int”，所以读“**指向 int**”

把粗体字连起来：**b 的类型是指针，指向 int**。

再比如:

int * p;  // 注意，* 和 p 之间也可以有空格

这句话定义了一个指针类型的变量 p，准确地说，p 的类型是指针，指向 int 类型，即 **p 是一个指向 int 类型的指针变量。**

![在这里插入图片描述][20190924232308724.png]  
上图来自李忠老师的书——《C语言非常道》，告诉我们如何读指针类型的声明或定义。

注意：指针类型是个统称，根据它所指向的类型，可细分为指向 char 的指针、指向 short 的指针、指向 int 的指针，等等。

要把变量 x 的地址保存在一个变量里，这个变量的类型必须是指针类型，而且，指针指向的类型必须和 x 的类型一致。例如，如果 x 是 char 类型，那么指向 x 的指针要声明为 `char * p;`如果 x 是 double 类型，那么指向 x 的指针要声明为 `double * p;`

## 指针指向什么类型很重要 ##

有人会说：指针变量就是存储地址的变量，顺着这个地址，可以找到另一个变量，这个可以理解，但是为什么要强调指针指向的类型呢？

在 C 语言里，取地址运算符 `&` 的结果（值）并不单纯是一个地址，而是**一个包含了类型信息的地址**。

例如前面提到的 `&a`，它确实可以计算变量 a 的地址，但是这个地址还包含了一个信息，即这个地址是用于访问 int 类型变量的（因为 a 是 int 类型）。

为什么要附加一个类型信息呢？

前面我画的内存图示比较粗，现在细化一下。假设我的实验环境下，int 类型的变量占 4 个字节，short 类型占 2 个字节，char 类型占 1 个字节。现在定义 3 个变量，运行时的内存如下图所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM0OTA4OTY_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

右边标注的是内存地址，每个格子代表一个字节，你会发现内存地址是按照字节来编号的。

对于变量 a ，它占据了 4 个字节，即内存 12、13、14、15.

有人会问，那 a 的地址是多少？是 12 还是 13，还是 14，或者 15？

按照规定，a 的地址是它所占内存中编号最小的那个，即 12.

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM0OTA4OTY_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

如果指针不含有类型信息，仅仅是一个地址（比如 12），那么顺着这个地址去访问内存，到底访问多少字节呢？

举个例子，假设要修改 a 的值为 100，如果不是按照 4 个字节来写，而是按照 8 个字节来写，那肯定会把变量 m 和 n 的值给覆盖，这肯定不行。

所以，指针必须含有类型信息，这样才能知道此地址指示的变量占用多大的内存，访问的时候才不会出错。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM0OTA4OTY_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

如图所示，一旦知道了指针 b 所指向的类型是 int ，在访问 a 的时候，就可以锁定 12~15 这四个字节。

所以，一个指针是包含 2 个信息的：

1.  指针代表的地址。如图中的红色箭头，这个地址可以让我们定位到内存 12，但是我们只知道从 12 开始，不知道在哪里结束。
2.  指针指向的类型。类型确定了，占多少个字节就确定了。如图中的红色虚线框，这个类型可以让我们锁定从 12 开始的 4 个字节（ int 占 4 个字节）。这 4 个字节，就是变量 a 所占的内存。

基于以上 2 点，通过指针 b 间接访问变量 a 成为可能，堪称完美。

## 解引用运算符 ##

如何通过 b 修改 a 的值呢？假设要通过 b 把 a 的值改为 100，可以这样写：

int *b;
    int a = 8;
    b = &a;
    *b = 100;

第 4 行，b 左边的这个 `*`，不代表指针，而是**解引用运算符**，也叫**间接运算符**。

前文已经说过，`&` 运算符用于取得变量的地址，而 `*` 运算符则根据一个地址来得到那个变量本身。也就是说， b 指向了哪个变量，\*b 就代表那个变量。

所以，第 4 行的 `*b = 100;` 就相当于 `a = 100;`

`*` 和 `&` 在一起可以互相抵消， 例如 `*&a` 就等价于 `a`，你想，`&a` 表示一个指向 a 的指针，指针左边加一个 `*`，就得到此指针指向的变量，于是又成了 a;

另外，`&*b` 等价于 b，因为 `*b` 就是 a，而 `&a` 就是 b.

## 总结与补充 ##

相信有了前面的铺垫，你再读教科书上的文字会很有感觉。

以下几点是总结和补充。

1.  一元 `&` 运算符称为取地址运算符，它需要一个右操作数，这个右操作数必须是变量或者函数。这是很自然的，只有内存中的变量或者函数才有地址，你不能取一个常量的地址，比如 `& 250`，这很荒唐。 一元 `*` 运算符则根据一个地址来得到那个变量（或者函数）本身 。（注意：指向函数的指针是进阶内容，初学者可以忽略。）
2.  “指针”这个词其实有多种含义，需要根据上下文来区分。
    
    1). 是一种类型，比如整形、浮点型等。指针这种类型特殊在它的值是一个内存地址，顺着这个地址可以找到另一个变量。
    
    2). 为方便起见，人们有时候也把指针类型的值叫作“指针”。 比如说， C 语言规定， 如果操作数的类型为 T，则一元 & 运算符的结果是指向 T 的指针。在这里，“指针”应该理解为“指针类型的值”。
    
    3). 人们更经常地把指针类型的变量叫作指针，相对于“p 是一个指针类型的变量”，人们更喜欢说“p 是一个指针”。
3.  为了还原指针所指向的变量或函数，需要使用一元 `*`运算符。 C 语言规定，一元 `*` 运算符的操作数必须是一个指针（即指针类型的变量或值）， 如果此指针指向某变量，则一元 `*` 运算符的结果是个左值（你可以认为左值就是代表变量的表达式 ），代表指向的变量。
4.  如果两个指针指向的类型不同，则它们是不同的指针类型。

【end】

[Link 1]: http://lizhongc.com/
[Link 2]: https://study.163.com/course/courseLearn.htm?courseId=1209325834#/learn/video?lessonId=1279017975&courseId=1209325834
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