6.1　指针

在计算机程序中使用的所有数据，都必须存储在计算机的存储单元中，并且应能从计算机的存储单元中取出。每个存储单元都有唯一的地址，这就好比街道上每家每户都会有自己的门牌号码一样。

计算机内存被划分成按顺序编号的内存单元，这样就形成了地址。如果在程序中定义了一个变量，在对程序进行编译时，系统就会给这个变量分配内存单元，对变量赋值就相当于把值存储到该存储区域中。如图6-1所示。

图6-1　定义整型变量的内存存储单元

不同的计算机使用不同的复杂的方式对内存进行编号，通常程序员不需要了解给定变量的具体地址，编译器会处理这些细节问题。在C语言中，只需要使用取地址运算符“＆”，它就会返回对象在内存中的地址。

例如:

int num=1;

printf("num的值等于%d，num的地址是%d\n"，num，＆num);

输出结果:

num的值等于1，num的地址是1245052(num的地址在不同编译环境下值会不同)。

注意:“＆”称为取地址运算符。

6.1.1　指针变量

指针变量是指专门用来存放地址的变量，简称为指针。它是一种特殊的变量，一般变量存放的是数据本身，而指针变量存放的是另一变量的地址。

定义指针变量形式:

指向数据类型*指针变量名;

例如:

整型变量num值是1，指针变量p是指向整型变量num的指针，p存储的是num的地址，如图6-2所示。

图6-2　变量和指针变量关系

还可以在定义指针变量的同时初始化，例如:

注意:指针变量p的数据类型必须和它指向的变量num的数据类型相同。下面的形式是错误的:

int num;

float*p=＆num;

【例6．1】变量、地址和指针的简单应用实例。

代码如下:

运行结果如图6-3所示。

图6-3

分析:

num是整型变量，p是指针变量指向num，故＆num的值和p的值相同，都是变量num的内存地址。*p的值等于num的值1，而＆p输出的是指针变量p的地址。代码*p=2等价于num=2，故再次输出的num值和*p的值会发生改变，而＆num的值、p的值和＆p的值没有发生变化。

如果要访问num存储区域的数据，可以直接访问变量num实现，也可以访问指针变量p实现，方法如下:

输出结果:

num的值等于2，*p的值是2。

注意:“*”称为取内容运算符。

6.1.2　传地址

函数调用时传递参数有两种方式，一种方式称为传值，另一种方式称为传地址。

传值的特点是，实参和形参分别占据不同的存储单元，调用函数时，实参赋值给形参，可以认为形参是实参的副本，形参值的改变不会影响实参值。

例如，主函数中调用fun函数，实参是整型变量a和b，如下所示:

int a，b;

fun(a，b);

函数fun的形参是整型变量x和y，fun函数头行形式如下所示:

int fun(int x，int y)

实参a和b赋值给形参x和y，它们分别占据不同的存储单元，改变x和y的值，对a和b没有影响。

传地址的特点是，调用函数时，实参把地址赋值给形参，形参引用的是实参地址中的数据。

例如，主函数中调用fun函数，实参是整型变量a和b的地址，如下所示:

int a，b;

fun(＆a，＆b);

函数fun的形参是整型指针变量x和y，fun函数头行形式如下所示:

int fun(int*x，int*y)

形参x和y存储的是实参a和b的地址，改变*x和*y的值，等价于改变实参a和b的值，从而实现了函数返回多个值的功能。

【例6．2】使用函数实现对输入的两个整数按从大到小的顺序输出。

代码如下:

运行结果如图6-4所示。

图6-4

分析:

主函数调用swap函数传递的参数是变量a和b的地址，swap函数的形参p1和p2分别指向实参a和b。

swap函数中交换的是指针p1所指向的地址中的值和指针p2所指向的地址中的值，即实参a和b的值，而不是形参p1和p2的值，所以主函数调用swap函数后输出的变量a和b的值发生了交换。

在例题的基础上，修改swap函数，代码如下所示:

程序会正确执行吗，为什么呢?

与例题不同的是，例题中temp是整型变量，使用其作为中间量暂存*p1的值(即实参a的值)，达到交换实参a和b的作用。而修改后的代码中，temp是整型指针，在其没有明确指向时就试图把*p1的值存储在temp所指向的存储单元中。调试修改后的swap函数无法正确执行，弹出内存不能读的错误对话框，这是因为代码*temp=*p1在把*p1的值存储在一个不存在的存储空间中。如何实现交换形参p1和p2的值，如果交换了又会产生什么结果呢?

交换形参p1和p2的值代码如下所示:

主函数中调用swap函数后，变量a和b的值没有交换，和调用swap函数前的值一致，函数并没有起到交换的作用。

原因分析如下:首先定义的temp是整型指针变量(和p1、p2类型一致)，交换的数据是p1和p2存储单元中的数据，即＆a和＆b。经过交换，p1存储的数据是＆b，p2存储的数据是＆a，指针变量p1和p2的指向发生了变化，此时如果输出*p1和*p2的值，结果将是b和a的值。虽然p1和p2的指向变换了，但是并没有改变实参a和b的值。

6.1.3　指针的自运算

大家已经知道了关于指针变量的运算方法了，那么指针变量自身又是怎么运算的呢?指针的运算就是地址的运算。对于这一特点，指针运算不同于普通变量，只允许有限的几种运算。除了可以对指针赋值外，指针的运算还包括移动指针、两个指针相减、指针与指针或指针与地址之间进行比较等。可以通过将指针加减一个整数，或者通过对指针赋值来移动指针。

例如:

p+n、p－n、p++、p－－、++p和－－p等，其中n是整数。

将指针p加上或者减去一个整数n，表示p向地址增加或减小的方向移动n个存储单元，每个存储单元的大小由指针p所指向的数据类型决定。指针p经过移动，指向一个新的地址。

如图6-5所示，变量a、b、c、d和e都是整型数据int类型，它们在内存中占据一块连续的存储区域，地址范围为1234～1253，每个变量占用4个字节。指针变量p指向变量a，也就是p的值是1234，那么按照上面的描述，p+1表示p向地址增加的方向移动了4个字节，从而指向一个新的地址，这个值就是1238，即指向了变量b。同理p+2地址就是1242，再次增加了4个字节，指向了变量c，依此类推。

图6-5　存储一组整数的连续存储区域

【例6．3】指针变量自身的运算。

代码如下:

运行结果如图6-6所示。

图6-6

分析:

*(p1－1)表示以p1指向的地址后移1*sizeof(int)个字节后的地址为首地址，然后访问其中存储的数据;*p1－1表示的是在p1所指向的存储单元的值的基础上减1，故*(p1－1)和*p1－1结果不同。