C语言指针中的常见名称与用法

2023-05-16

前言

一、指针是什么

二、指针与数组

数组指针

指针数组

三、指针与常量

指针常量

常量指针

四、指针与函数

指针函数

函数指针

前言

指针是C语言中大家接触的比较早但是也是内容比较多和实用的一块知识点，之前虽然也大概知道是什么用途，但是指针衍生出来的内容还是比较容易混淆的，这次在7哥的激励下写篇博客总结一下指针方面易混淆的内容，如有错误欢迎指正。

一、指针是什么

指针变量其实就是存放地址的变量，我们知道变量具有三部分信息，即

变量对应的名称
所表示的数据类型
存放的值。

大家都知道指针变量存放的是一个内存地址，但是有时候却忽略了指针类型的重要性，根据存放的地址值我们可以知道要从什么位置开始读取数据，而类型信息则向系统补充说明了当指针移动时进行读写的长度，确定我们要读取到什么位置结束。

因为指针变量是存放地址的变量，所以一个指针变量所占的地址空间是固定的，是根据我们程序的寻址空间来确定的（比如寻址空间 4GB = 2^32 Byte，也就是32位的CPU可以访问的最大内存空间，字节在计算机中是最小的可寻址单位，所以用 4 个字节即 2^32 bits 表示指针就已经能指向任何内存空间了，同理64位系统默认指针大小为8个字节。），所以指针的大小根据不同的操作系统为4个或8个字节。
上面说明的是指针变量本身的所占的空间大小，而指针变量的值，也就是存放的地址信息，本质上都是一段地址而已，而指针的类型则确定了要将地址中的值按照 int 型变量还是 double 型等不同的数据类型变量进行解释。

那么了解了指针，接下来要面对的就是 数组指针指针数组指针常量常量指针函数指针指针函数这些牛鬼蛇神，虽然名字看起来很唬人非常容易混淆，接下来将一一进行说明，先总结一下它们各自的定义如下：

常见指针变量的定义
定义	含义
int i	定义整形变量
int *p	定义一个指向int的指针变量
int *const p	定义一个指向int的指针常量	指针常量
int const * p const int * p	定义一个指向int的只读指针	常量指针
int a[10]	定义一个int数组
int *p[10]	定义一个指针数组，其中每个数组元素指向一个int型变量的地址	指针数组
int (*p)[10]	定义一个数组指针，指向int [10]类型的指针变量	数组指针
int func( )	定义一个函数，返回值为int型
int *func( )	定义一个函数，返回值为int *型	指针函数
int (*p)( )	定义一个指向函数的指针，函数的原型为无参数，返回值为int	函数指针
int **p	定义一个指向int的指针的指针，二级指针

二、指针与数组

C语言规定，数组名代表数组中首个元素（即序号为 0 的元素）的地址，也就是说，如果 s 是一个数组，那么表达式 s 的值就与 s[0] 的地址，即 &s[0] 一致。所以当我们执行赋值语句 p = &s[0] 时，指针变量 p 与数组名 s 具有相同的值，可以写作 p = s ，指针 p 的行为就和数组 s 本身一样。p 在这里指向的是数组的首元素。

int s[3]={1,2,3};
int *p 
p = &s[0];

数组指针

数组指针就是指向数组的指针，声明形式为类型(*变量名)[] 。
因为数组下标 [] 的优先级高于取值运算符 * ，所以必须用括号()将 * 与 arrPtr 先结合构成指针定义，然后指向一个数组。

第一种情况（指向二维数组名）：

int a[4][10];  
int (*p)[10];  
p = a;

与一维数组的数组名是一个指针相似，二维数组的数组名是一个数组指针，若将二维数组名 a 赋值给数组指针 p ，则可以通过 p 直接控制数组 a 。

第二种情况（指向一维数组名的地址）：

int a[10];  
int (*p)[10] = &a; //此处是&a，不是a, &a的类型是int(*)[]  
int *q = a;

p 与 q 虽然都指向数组的第一个元素，但由于 p 的类型和 q 的类型不同，数组指针 p 是指向10个元素整形数组的指针， *p 的大小是40个字节，所以 p+1 跳过40个字节；q 是指向整形的指针，*q 的大小是4个字节，所以 q+1 跳过4个字节。

指针数组

int * arrPtr[10]; //声明一个指针数组arrPtr，该数组有10个int类型的指针

元素为指针类型的数组，声明形式为类型名 * 数组名[数组长度] 。
由于指针也是变量，所以指针也可以像其他变量一样存储在数组中。指针数组的每一个元素都是一个指针类型的数据，即元素的值为地址，可以指向某一个字符串常量。

指针数组最频繁的用处是存放具有不同长度的字符串，作为二维数组的一种便捷替代方式，适合用来存放多个字符串作为字符串数组来使用。
我们在遇到需要处理多个字符串的情况时，可以选择将它们存储在一个二维数组中，二维数组的元素 —— 一维数组的大小必须足够存储下可能出现的最长字符串，如下表示：

#define ARRAY_LEN 12
#define STRLEN_MAX 25
char pStrings[ARRAY_LEN][STRLEN_MAX] = 
{
	"It's a wonderful day！",
	"do you like it?",
	"Yes"
};

for(i=0;i<ARRAY_LEN;i++)
{
	puts(pstr[i]);
}

但是，这个方式造成内存浪费，一方面，短字符串会让大部分的行是空的，另一方面，有些行根本没有使用到，但却得为它预留内存，使得分配的12*25=300 个字节只有一小部分被实际使用到。
对于这个问题，一个简单的解决方案就是使用指针数组，让指针指向字符串，然后只给实际存在的对象分配内存，未用到的数组元素则默认是空指针。

#define ARRAY_LEN 12
char *pStrings[ARRAY_LEN] =
{
	"It's a wonderful day！",
	"do you like it?",
	"Yes"
};

指针数组让各个指针内容可以按需要动态生成，避免了空间浪费，并且各个指针呈数组形式排列，索引起来非常方便。

指针数组另一个常见作用是作为main函数的形式参数：

int main(int argc, char * argv[]);

argc 和 argv 主要用途为程序运行时，将命令行中的输入参数传递给调用函数。char * argv[] 是一个存储字符串的指针数组，会以字符串的形式保存用户调用程序时传入的参数，存放着指向每一个参数的指针。

三、指针与常量

const 是一个C语言的类型限定符，任何变量只要其类型限定符为 const ，则表示对于这些变量，我们无法在后续的程序中修改其对应或指针指向的值。因此，我们常称它们为常量，但其实应该说是个“只读变量”而非常量，只读变量和常量的共同点在于它们的值在第一次出现时便被确定，且无法在后续程序中被修改。但是只读变量和常量的一个最重要的不同点在于，要注意使用 const 修饰的只读变量不具有“常量表达式”的属性，因此无法用来表示定长数组大小，或者是使用在case语句中。常量表达式本身会在程序编译时被求知，而只读变量的值只能够在程序实际运行时才被得知。所以这边大家要知道他们之间是有一定的区别的，但是下面仍用常量来指代只读变量。

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	const int temp = 10;
	int a;
	scanf("%d",&a);
	int s[temp] = {1,2,3} /* 错误，使用非常量表达式定义定长数组 */
	switch(a){
	case temp: printf("you have a trouble"); break; /* 错误：非常量表达式应用于case语句 */
	}
}

const 限定一个变量不允许被改变，使用在指针变量中可以用来限定指针本身的类型，或者是限定指针所指对象的类型，分别对应着我们的指针常量和常量指针。

指针常量

int * const p;

直译是指针类型的常量，联系我们刚刚提到的“只读变量”，我们可以理解成指针类型的“只读变量”，它是一个指针变量但是这个变量是“只读变量”。

而变量是只读的说明了指针其本身存放的内容（值）也就是指向的位置（地址）不能改变，指针本身是一个常量，但是指针所指向的内容（值）是不受限制可以发生改变的。

int a = 1, b = 2;
int * const p = &a; //指针常量
*p = 3; // 可以赋值，指针指向的内容可以修改 
p = &b; /* 错误，指针常量本身的内容不可改变，其值即指向的地址是固定的 */

常量指针

//两种方式都可
const int *p = &a; 
int const *p = &a;

直译是指向常量的指针，同样的我们可以理解成指向“只读变量”的指针，首先是一个指针，其次这个指针是一个指向“只读变量”（具有const限定的变量）的指针，所以可以修改该指针本身的值，但是只能使用这样的指针来读取所指向的对象，不能修改所指向的对象，因此指向常量的指针也常常被称为“只读指针”。

int a = 1, b = 2;
const int *p1 = &a; //常量指针
p = &b; // 可以赋值，因为指针本身是变量，其本身存放的内容即指向的地址是可以改变的
*p = 3; /* 错误，不能修改指向的对象内容 */

四、指针与函数

指针函数

int * function(int x);

返回指针类型的函数，我们知道一个函数的返回值可以是各种数据类型的，我们常见的是整型的当然也可以是返回的指针类型的数据，即返回一个地址。

函数指针

指向函数的指针，声明形式为函数返回值类型名（* 指针变量名）（函数参数列表）。
与数组名代表数组首个元素地址类似，函数名会被隐式的转换成函数指针，可以说函数名本身就可以表示该函数的入口地址，赋值语句 p = function 将函数function()的地址赋值给指针变量 p ，然后就可以利用该指针调用这个函数。

int function(int a, int b);//假设这里定义了一个函数
int (* p)(int, int); //声明一个函数指针，该函数具有两个int类型的参数和int类型的返回值
p = function;        //把函数名赋值给函数指针 *p
int ret = function(10,100);//调用函数的方式1：通过函数名直接调用
int ret2 = (* p)(10,100);  //调用函数的方式2：通过函数指针调用

函数指针的定义其实就是将“函数声明”中的“函数名”改成“（*指针变量名）”。但是这里需要注意的是：“（*指针变量名）”两端的括号不能省略，括号改变了运算符的优先级。如果省略了括号，就不是定义函数指针而是一个返回值类型为指针型的函数声明了。
函数指针变量既然是一个变量，当然也可以作为某个函数的参数来使用的，这就是我们函数指针的一个常见用法：回调函数
如果把函数指针作为参数传递给另一个函数，当这个函数指针被用来调用其所指向的函数时，就是一个回调函数。它使得用户可以把需要调用的方法的指针作为参数传递给一个函数，我们只要改变传进另一个函数的参数，就能够让另外这个函数实现不同的功能，相比普通的函数调用灵活很多。

int Callback_1(int a)   ///< 回调函数1
{
    printf("Hello, this is Callback_1: a = %d ", a);
    return 0;
}

int Callback_2(int b)  ///< 回调函数2
{
    printf("Hello, this is Callback_2: b = %d ", b);
    return 0;
}

int Callback_3(int c)   ///< 回调函数3
{
    printf("Hello, this is Callback_3: c = %d ", c);
    return 0;
}

int Handle(int x, int (*Callback)(int)) ///< 注意这里用到的函数指针定义
{
    Callback(x);
}

int main()
{
    Handle(4, Callback_1);
    Handle(5, Callback_2);
    Handle(6, Callback_3);
    return 0;
}

参考链接：

C语言-数组指针，指针数组与数组名的指针操作

C语言回调函数详解（全网最全）_小熊coder的博客-CSDN博客_c语言回调函数

C 语言中的指针与数组

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指针中的常见名称与用法