1.4　指針

1.指針的概念

為了理解什么是指針，必須先弄清楚數(shù)據(jù)在內(nèi)存中是如何存儲(chǔ)的，又是如何讀取的。如果在程序中定義了一個(gè)變量，在編譯時(shí)就給這個(gè)變量分配內(nèi)存單元。系統(tǒng)根據(jù)程序中定義的變量類型，來分配一定長度的空間。例如，C++編譯系統(tǒng)在32位機(jī)器上為整型變量分配4Byte，為單精度浮點(diǎn)型變量分配4Byte，為字符型變量分配1Byte。內(nèi)存區(qū)的每一個(gè)字節(jié)有一個(gè)編號(hào)，這個(gè)編號(hào)就是地址，如表1-1所示。

表1-1中展示了用戶數(shù)據(jù)、變量、地址直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。假設(shè)有變量i，存的數(shù)據(jù)是3，那它在內(nèi)存中的地址就是2000。

請(qǐng)務(wù)必弄清楚一個(gè)內(nèi)存單元的地址與內(nèi)存單元的內(nèi)容這兩個(gè)概念的區(qū)別。其實(shí)程序經(jīng)過編譯以后已經(jīng)將變量名轉(zhuǎn)換為變量的地址，對(duì)變量值的存取都是通過地址進(jìn)行的。這種按變量地址存取變量值的方式稱為直接存取方式，或直接訪問方式。還可以采用另一種稱為間接存取（間接訪問）的方式，在程序中定義一種特殊的變量，專門用來存放地址。

由于通過地址能找到所需的變量單元，因此可以說，地址指向該變量單元。因此將地址形象化地稱為“指針”，一個(gè)變量的地址稱為該變量的指針。如果有一個(gè)變量是專門用來存放另一變量地址（即指針）的，則它稱為指針變量。指針變量的值（即指針變量中存放的值）是地址（即指針）。

指針也是一種變量，普通的變量存放的是實(shí)際的數(shù)據(jù)，而指針變量包含的是內(nèi)存中的一塊地址，這塊地址指向某個(gè)變量或者函數(shù)。指針的內(nèi)容包括：指針的類型、指針?biāo)赶虻念愋汀⒅羔樀闹狄约爸羔槺旧硭嫉膬?nèi)存區(qū)。例1.6展示了指針的使用。

【例1.6】　指針使用舉例。

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#include<iostream>
using namespace std;
int main(){
    int p1=1;               // p1是一個(gè)普通的整型變量
    int *p2;               // p2是一個(gè)指針，指向一個(gè)整型變量
    p2=&p1;               // 把p1的地址賦值給p2，p2也就指向了p1
    cout<<p1<<" "<<*p2<<endl;     // *p2就是取p2所指向的地址的內(nèi)容
    p1=2;                    // 那么*p2的值也是2
    cout<<p1<<" "<<*p2<<endl;
    *p2=3;                    // 那么p1的值也是3
    cout<<p1<<" "<<*p2<<endl;
    return 0;
}

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程序的執(zhí)行結(jié)果是：

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1 1
2 2
3 3

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例1.6中定義了一個(gè)整型變量p1，一個(gè)指向整型變量的指針p2，并將p2指向p1。要使用p2指向的內(nèi)容，必須在p2前面加個(gè)*號(hào)，也就是*p2。修改了p1的值，*p2的內(nèi)容也會(huì)跟著改變；同樣地，修改*p2的值，p1的值也會(huì)跟著改變。

2.數(shù)組與指針

在C++中，數(shù)組名代表數(shù)組第一個(gè)元素的地址，如下程序定義了兩個(gè)變量：

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int *p;
int a[10];

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若p=a等價(jià)于p=&a[0]，可以通過對(duì)p、a的偏移（int類型的指針+1或-1，是向上或向下偏移sizeof（int）個(gè)byte）來訪問數(shù)組里的元素，若用*（p+i）、*（a+i）也可以通過傳統(tǒng)的數(shù)組a[i]訪問各個(gè)元素。

（1）數(shù)組指針，也稱行指針，具體內(nèi)容如下所述。

假設(shè)有定義int（*p）[n]；且（）優(yōu)先級(jí)高，首先說明p是一個(gè)指針，且指向一個(gè)整型的一維數(shù)組。這個(gè)一維數(shù)組的長度是n，也可以說是p的步長，也就是說執(zhí)行p+1時(shí)，p要跨過n個(gè)整型數(shù)據(jù)的長度。如要將二維數(shù)組賦給一指針，應(yīng)這樣賦值：

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int a[3][4];
int (*p)[4];          // 該語句是定義一個(gè)數(shù)組指針，指向含4個(gè)元素的一維數(shù)組。
p=a;               // 將該二維數(shù)組的首地址賦給p，也就是a[0]或&a[0][0]
p++;               // 該語句執(zhí)行過后，也就是p=p+1;p跨過行a[0][]指向了行a[1][]
                    // 所以數(shù)組指針也稱指向一維數(shù)組的指針，亦稱行指針。

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（2）指針數(shù)組不同于數(shù)組指針，具體內(nèi)容如下所述。

假設(shè)有定義int*p[n]；且[]優(yōu)先級(jí)高，可以理解為先與p結(jié)合成為一個(gè)數(shù)組，再由int*說明這是一個(gè)整型指針數(shù)組，它有n個(gè)指針類型的數(shù)組元素。這里若執(zhí)行p+1操作則是錯(cuò)誤的，p=a這樣賦值也是錯(cuò)誤的，因?yàn)閜是個(gè)不可知的表示，只存在p[0]、p[1]、p[2]...p[n-1]，而且它們分別是指針變量，只用來存放變量地址。但可以這樣*p=a賦值這里*p表示指針數(shù)組第一個(gè)元素的值，a的首地址的值。

如要將二維數(shù)組賦給一指針數(shù)組，程序可以是：

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int *p[3];
int a[3][4];
for(i=0;i<3;i++){
    p[i]=a[i];
}

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這里int*p[3]表示一個(gè)一維數(shù)組內(nèi)存放著3個(gè)指針變量，分別是p[0]、p[1]、p[2]，所以要分別賦值。

這樣數(shù)組指針和指針數(shù)組兩者的區(qū)別就很明顯了：數(shù)組指針只是一個(gè)指針變量，可以認(rèn)為是C語言里專門用來指向二維數(shù)組的，它占用內(nèi)存中一個(gè)指針的存儲(chǔ)空間；指針數(shù)組是多個(gè)指針變量，以數(shù)組形式存在內(nèi)存當(dāng)中，占用多個(gè)指針的存儲(chǔ)空間。還需要說明的一點(diǎn)就是，同時(shí)用來指向二維數(shù)組時(shí)，其直接引用和用數(shù)組名引用都是一樣的。

比如要表示數(shù)組中第i行j列一個(gè)元素，這幾種方式都可以：

*（p[i]+j）、*（*（p+i）+j）、（*（p+i））[j]、p[i][j]。

其中，優(yōu)先級(jí)：（）>[]>*。

3.字符串與指針

字符串是C++中最經(jīng)常用到的操作對(duì)象之一。用字符數(shù)組和字符指針變量都可以實(shí)現(xiàn)字符串的存儲(chǔ)和運(yùn)算。例1.7展示了字符數(shù)組和字符指針是如何使用的。

【例1.7】　字符數(shù)組、字符指針、字符指針數(shù)組、字符串變量應(yīng)用舉例。

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#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
int main(){
    char str[] = "I am a programmer." ;     // str 是一個(gè)字符數(shù)組
    char * str1="abc";               // str1是一個(gè)字符指針變量，可以指向一個(gè)字符串
    char * str2[]={"hello world","good bye"};
                              // str2是一個(gè)字符指針數(shù)組，可以存多個(gè)字符串
    string str3 = "I am a programmer, too.";
                              // str3是一個(gè)字符串變量
    cout<<"str: "<<str<<endl;
    cout<<"str1: "<<str1<<endl;
    cout<<"str2[0]: "<<str2[0]<<endl;
    cout<<"str3: "<<str3<<endl;
    return 0;
}

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程序的執(zhí)行結(jié)果是：

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str: I am a programmer.
str1: abc
str2[0]: hello world
str3: I am a programmer, too.

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例1.7中，str是一個(gè)字符數(shù)組，str1是一個(gè)字符指針變量，str2是一個(gè)字符指針數(shù)組，str3是一個(gè)字符串變量。

（1）字符串指針變量本身是一個(gè)變量，用于存放字符串的首地址。可以改變str1使它指向不同的字符串，但不能改變str1所指的字符串常量。因?yàn)槎x指針時(shí)，編譯器并不為指針?biāo)赶虻膶?duì)象分配空間，它只是分配指針本身的空間，所以abc會(huì)被當(dāng)成常量，并且被放到程序的常量區(qū)，不能被修改。

（2）字符串本身是存放在以該首地址為首的一塊連續(xù)的內(nèi)存空間中，并以'\0'作為字符串的結(jié)束標(biāo)志。

（3）字符數(shù)組是由于若干個(gè)數(shù)組元素組成的，每個(gè)元素中存放字符串的一個(gè)字符。在定義一個(gè)字符數(shù)組時(shí)，編譯后就會(huì)分配一個(gè)內(nèi)存單元，每個(gè)元素都有確定的地址。

4.函數(shù)與指針

函數(shù)指針是指向函數(shù)的指針變量。所以，函數(shù)指針首先是個(gè)指針變量，而且這個(gè)變量指向一個(gè)函數(shù)。C++在編譯時(shí)，每一個(gè)函數(shù)都有一個(gè)入口地址，該入口地址就是函數(shù)指針?biāo)赶虻牡刂贰Ｓ辛酥赶蚝瘮?shù)的指針變量后，就可以用該指針變量調(diào)用函數(shù)了。

函數(shù)指針的聲明方法是：

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返回值類型 (*指針變量名)([形參列表]);

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其中，返回值類型說明函數(shù)的返回值類型，（*指針變量名）這句的括號(hào)不能省略。

例如：

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int func(int a);                    // 聲明一個(gè)函數(shù)
int (*f) (int a);                    // 聲明一個(gè)函數(shù)指針
f=&func;

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將func函數(shù)的首地址賦值給函數(shù)指針，這里也等價(jià)于f=&func；賦值時(shí)函數(shù)不帶括號(hào)，也不帶參數(shù)，函數(shù)名就代表了函數(shù)的首地址。例1.8展示了函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)的方法。

【例1.8】　函數(shù)指針使用范例。

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#include<iostream>
using namespace std;
int Mmin(int x,int y){
    if(x<y)return x;
    return y;
}
int Mmax(int x,int y){
    if(x>y)return x;
    return y;
}
int main(){
    int (*f)(int x,int y);
    int a=10,b=20;
    f=Mmin;                    // 把Mmin函數(shù)的入口地址賦給f
    cout << (*f)(a,b)<<endl;
    f=Mmax;                    // 把Mmax函數(shù)的入口地址賦給f
    cout << (*f)(a,b)<<endl;
    return 0;
}

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程序的執(zhí)行結(jié)果是：

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10
20

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例1.8中定義了一個(gè)函數(shù)指針f，兩個(gè)函數(shù)Mmin和Mmax，先后把f指向Mmin和Mmax函數(shù)，執(zhí)行比較兩個(gè)數(shù)，分別得出較小值和較大值。