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第9章 指 针(上)
指针是Ｃ语言中的重要概念,也是Ｃ语言的重要特色.使用指针,可以使程序更加简洁、紧凑、高效.
9.1 指针和指针变量的概念
1.内存地址──内存中存储单元的编号
(1)计算机硬件系统的内存储器中,拥有大量的存储单元(容量为１字节).
为了方便管理,必须为每一个存储单元编号,这个编号就是存储单元的“地址”.每个存储单元都有一个惟一的地址.
(2)在地址所标识的存储单元中存放数据.
注意：内存单元的地址与内存单元中的数据是两个完全不同的概念.
2.变量地址──系统分配给变量的内存单元的起始地址
假设有这样一个程序：
main()
{ int num;
scanf("%d",&num);
printf("num=%d\n", num);
}
C编译程序编译到该变量定义语句时,将变量num 登录到“符号表”中.符号表的关键属性有两个：一是“标识符名(id)” ,二是该标识符在内存空间中的“地址(addr)” .
为描述方便,假设系统分配给变量num的2字节存储单元为 3000 和3001,则起始地址3000就是变量num在内存中的地址.
3.变量值的存取──通过变量在内存中的地址进行
系统执行“scanf(”%d“,&num);”和“printf(”num=%d\n“, num);”时,存取变量num值的方式可以有两种：
(1)直接访问──直接利用变量的地址进行存取
1)上例中scanf(“%d”,&num)的执行过程是这样的：
用变量名num作为索引值,检索符号表,找到变量num的起始地址3000；然后将键盘输入的值(假设为３)送到内存单元3000和3001中.此时,变量num在内存中的地址和值,如图9-1所示.
2)printf("num=%d\n",num)的执行过程,与scanf()很相似：
首先找到变量num的起始地址3000,然后从3000和3001中取出其值,最后将它输出.
(2)间接访问──通过另一变量访问该变量的值
Ｃ语言规定：在程序中可以定义一种特殊的变量(称为指针变量),用来存放其它变量的地址.
例如,假设定义了这样一个指针变量num_pointer,它被分配到4000、4001单元,其值可通过赋值语句“num_pointer=＆num；”得到.此时,指针变量num_pointer的值就是变量num在内存中的起始地址3000,如图9-1所示.
通过指针变量num_pointer存取变量num值的过程如下：
首先找到指针变量num_pointer的地址(4000),取出其值3000(正好是变量num 的起始地址)； 然后从3000、3001中取出变量num的值(3).
(3)两种访问方式的比较
两种访问方式之间的关系,可以用某人甲(系统)要找某人乙(变量)来类比.
一种情况是,甲知道乙在何处,直接去找就是(即直接访问).
另一种情况是,甲不知道乙在哪,但丙(指针变量)知道,此时甲可以这么做：先找丙,从丙处获得乙的去向,然后再找乙(即间接访问).
4.指针与指针变量
(1)指针──即地址
一个变量的地址称为该变量的指针.通过变量的指针能够找到该变量.
(2)指针变量──专门用于存储其它变量地址的变量
指针变量num_pointer的值就是变量num的地址.指针与指针变量的区别,就是变量值与变量的区别.
(3)为表示指针变量和它指向的变量之间的关系,用指针运算符“*”表示.
例如,指针变量num_pointer与它所指向的变量num的关系,表示为：
*num_pointer,即*num_pointer等价于变量num.
因此,下面两个语句的作用相同：
num=3; /*将3直接赋给变量num*/
num_pointer=# /*使num_pointer指向num */
*num_pointer=3; /*将3赋给指针变量num_pointer所指向的变量*/
9.2 指针变量的定义与应用
9.2.1 指针变量的定义与相关运算
[案例9.1] 指针变量的定义与相关运算示例.
/*案例代码文件名：AL9_1.C*/
main()
{ int num_int=12, *p_int; /*定义一个指向int型数据的指针变量p_int */
float num_f=3.14, *p_f; /*定义一个指向float型数据的指针变量p_f */
char num_ch=’p’, *p_ch; /*定义一个指向char型数据的指针变量p_ch */
p_int=&num_int; /*取变量num_int的地址,赋值给p_int */
p_f=&num_f; /*取变量num_f的地址,赋值给p_f */
p_ch=&num_ch; /*取变量num_ch的地址,赋值给p_ch */
printf(“num_int=%d, *p_int=%d\n”, num_int, *p_int);
printf(“num_f=%4.2f, *p_f=%4.2f\n”, num_f, *p_f);
printf(“num_ch=%c, *p_ch=%c\n”, num_ch, *p_ch);
} [程序演示]
程序运行结果：
num_int=12, *p_int=12
num_f=3.14, *p_f=3.14
num_ch=p, *p_ch=p
程序说明：
(1)头三行的变量定义语句──指针变量的定义
与一般变量的定义相比,除变量名前多了一个星号“*” (指针变量的定义标识符)外,其余一样：
数据类型 *指针变量[, *指针变量2……];
注意：此时的指针变量p_int、p_f、p_ch,并未指向某个具体的变量(称指针是悬空的).使用悬空指针很容易破坏系统,导致系统瘫痪.
(2)中间三行的赋值语句──取地址运算(＆)
取地址运算的格式： ＆变量
例如,&num_int、&num_f、&num_ch的结果,分别为变量num_int、num_f、num_ch的地址.
注意：指针变量只能存放指针(地址),且只能是相同类型变量的地址.
例如,指针变量p_int、p_f、p_ch,只能分别接收int型、float型、char型变量的地址,否则出错.
(3)后三行的输出语句──指针运算(*)
使用直接访问和间接访问两种方式,分别输出变量num_int、num_f、num_ch的值.
注意：这三行出现在指针变量前的星号“*”是指针运算符,访问指针变量所指向的变量的值,而非指针运算符.
[案例9.2] 使用指针变量求解：输入2个整数,按升序(从小到大排序)输出.
/*案例代码文件名：AL9_2.C*/
/*程序功能：使用指针变量求解2个整数的升序输出*/
main()
{ int num1,num2;
int *num1_p=&num1, *num2_p=&num2, *pointer;
printf(“Input the first number: ”); scanf(“%d”,num1_p);
printf(“Input the second number: ”); scanf(“%d”,num2_p);
printf(“num1=%d, num2=%d\n”, num1, num2);
if( *num1_p > *num2_p ) /*如果num1>num2,则交换指针*/
pointer= num1_p, num1_p= num2_p, num2_p=pointer;
printf(“min=%d, max=%d\n”, *num1_p, *num2_p);
}
程序运行情况：
Input the first number:9←┘
Input the second number:6←┘
num1=9, num2=6
min=6, max=9
程序说明：
(1)第5行的if语句
如果*num1_p>*num2_p (即num1>num2),则交换指针,使num1_p指向变量num2(较小值),num2_p指向变量num1(较大值).
(2)printf(“min=%d, max=%d\n”, *num1_p, *num2_p); 语句：通过指针变量,间接访问变量的值.
本案例的处理思路是：交换指针变量num1_p 和num2_p的值,而不是变量num1和num2的值(变量num1和num2并未交换,仍保持原值),最后通过指针变量输出处理结果.
9.2.2 指针变量作函数参数
1.指针变量,既可以作为函数的形参,也可以作函数的实参.
2.指针变量作实参时,与普通变量一样,也是“值传递”,即将指针变量的值(一个地址)传递给被调用函数的形参(必须是一个指针变量).
注意：被调用函数不能改变实参指针变量的值,但可以改变实参指针变量所指向的变量的值.
[案例9.3] 使用函数调用方式改写[案例9.2],要求实参为指针变量.
/*案例代码文件名：AL9_3.C*/
/******************************************************/
/*exchange()功能：交换2个形参指针变量所指向的变量的值 */
/*形参：2个,均为指向整型数据的指针变量 */
/*返回值：无 */
/******************************************************/
void exchange(int *pointer1, int *pointer2)
{ int temp;
temp=*pointer1, *pointer1=*pointer2, *pointer2=temp;
}
/*主函数main()*/
main()
{ int num1,num2;
/*定义并初始化指针变量num1_p和 num2_p */
int *num1_p=&num1, *num2_p=&num2;
printf(“Input the first number: ”); scanf(“%d”, num1_p);
printf(“Input the second number: ”);
scanf(“%d”, num2_p);
printf(“num1=%d, num2=%d\n”, num1, num2);
if( *num1_p > *num2_p ) /* 即num1>num2)*/
exchange(num1_p, num2_p); /*指针变量作实参*/
/*输出排序后的num1和num2的值*/
printf(“min=%d, max=%d\n”, num1, num2);
} [程序演示]
程序运行情况：
Input the first number:9←┘
Input the second number:6←┘
num1=9, num2=6
min=6, max=9
调用函数exchange()之前、之时、结束时和结束后的情况,如图9-5所示.
形参指针变量pointer1(指向变量num1)和pointer2(指向变量num2),在函数调用开始时才分配存储空间,函数调用结束后立即被释放.
虽然被调用函数不能改变实参指针变量的值,但可以改变它们所指向的变量的值.
总结：为了利用被调用函数改变的变量值,应该使用指针(或指针变量)作函数实参.其机制为：在执行被调用函数时,使形参指针变量所指向的变量的值发生变化；函数调用结束后,通过不变的实参指针(或实参指针变量)将变化的值保留下来.
[案例9.4] 输入3个整数,按降序(从大到小的顺序)输出.要求使用变量的指针作函数调用的实参来实现.
/*案例代码文件名：AL9_4.C*/
/******************************************************/
/*exchange()功能：交换2个形参指针变量所指向的变量的值 */
/*形参：2个,均为指向整型数据的指针变量 */
/*返回值：无 */
/******************************************************/
void exchange(int *pointer1, int *pointer2)
{ int temp;
temp=*pointer1, *pointer1=*pointer2, *pointer2=temp;
}
/*主函数main()*/
main()
{ int num1,num2,num3;
/*从键盘上输入3个整数*/
printf(“Input the first number: ”); scanf(“%d”, &num1);
printf(“Input the second number: ”); scanf(“%d”, &num2);
printf(“Input the third number: ”); scanf(“%d”, &num3);
printf(“num1=%d, num2=%d, num3=%d\n”, num1, num2, num3);
/*排序*/
if( num1 < num2 ) /*num1<num2*/
exchange( &num1, &num2 );
if( num1 < num3 ) exchange( &num1, &num3 );
if( num2 < num3 ) exchange( &num2, &num3 );
/*输出排序结果*/
printf(“排序结果: %d, %d, %d\n”,num1,num2,num3);
}
程序运行情况：
Input the first number:9←┘
Input the second number:6←┘
Input the third number:12←┘
num1=9, num2=6, num3=12
排序结果: 12, 9, 6
9.3 数组的指针和指向数组的指针变量
9.3.1 概述
1.概念
数组的指针──数组在内存中的起始地址,数组元素的指针──数组元素在内存中的起始地址.
2.指向数组的指针变量的定义
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