C++指針的概念解讀 超詳細(xì)
2018-07-20 來(lái)源：編程學(xué)習(xí)網(wǎng)
指針是一個(gè)特殊的變量，它里面存儲(chǔ)的數(shù)值被解釋成為內(nèi)存里的一個(gè)地址。要搞清一個(gè)指針需要搞清指針的四方面的內(nèi)容：指針的類(lèi)型，指針?biāo)赶虻念?lèi)型，指針的值或者叫指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)，還有指針本身所占據(jù)的內(nèi)存區(qū)。讓我們分別說(shuō)明。
先聲明幾個(gè)指針?lè)胖隼樱?/p>
例一：
int *ptr; char *ptr; int **ptr; int (*ptr)[3]; int *(*ptr)[4];
指針的類(lèi)型
從語(yǔ)法的角度看，你只要把指針聲明語(yǔ)句里的指針名字去掉，剩下的部分就是這個(gè)指針的類(lèi)型。這是指針本身所具有的類(lèi)型。讓我們看看例一中各個(gè)指針的類(lèi)型：
int *ptr; //指針的類(lèi)型是int * char *ptr; //指針的類(lèi)型是char * int **ptr; //指針的類(lèi)型是 int ** int (*ptr)[3]; //指針的類(lèi)型是 int(*)[3] int *(*ptr)[4]; //指針的類(lèi)型是 int *(*)[4]
怎么樣？找出指針的類(lèi)型的方法是不是很簡(jiǎn)單？
指針?biāo)赶虻念?lèi)型
當(dāng)你通過(guò)指針來(lái)訪問(wèn)指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)時(shí)，指針?biāo)赶虻念?lèi)型決定了編譯器將把那片內(nèi)存區(qū)里的內(nèi)容當(dāng)做什么來(lái)看待。
從語(yǔ)法上看，你只須把指針聲明語(yǔ)句中的指針名字和名字左邊的指針聲明符*去掉，剩下的就是指針?biāo)赶虻念?lèi)型。例如：
int *ptr; //指針?biāo)赶虻念?lèi)型是int char *ptr; //指針?biāo)赶虻牡念?lèi)型是char int **ptr; //指針?biāo)赶虻牡念?lèi)型是 int * int (*ptr)[3]; //指針?biāo)赶虻牡念?lèi)型是 int()[3] int *(*ptr)[4]; //指針?biāo)赶虻牡念?lèi)型是 int *()[4]
在指針的算術(shù)運(yùn)算中，指針?biāo)赶虻念?lèi)型有很大的作用。
指針的類(lèi)型(即指針本身的類(lèi)型)和指針?biāo)赶虻念?lèi)型是兩個(gè)概念。當(dāng)你對(duì)C越來(lái)越熟悉時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，把與指針攪和在一起的“類(lèi)型”這個(gè)概念分成“指針的類(lèi)型”和“指針?biāo)赶虻念?lèi)型”兩個(gè)概念，是精通指針的關(guān)鍵點(diǎn)之一。我看了不少書(shū)，發(fā)現(xiàn)有些寫(xiě)得差的書(shū)中，就把指針的這兩個(gè)概念攪在一起了，所以看起書(shū)來(lái)前后矛盾，越看越糊涂。
指針的值
指針的值是指針本身存儲(chǔ)的數(shù)值，這個(gè)值將被編譯器當(dāng)作一個(gè)地址，而不是一個(gè)一般的數(shù)值。在32位程序里，所有類(lèi)型的指針的值都是一個(gè)32位整數(shù)，因?yàn)?2位程序里內(nèi)存地址全都是32位長(zhǎng)。
指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)就是從指針的值所代表的那個(gè)內(nèi)存地址開(kāi)始，長(zhǎng)度為sizeof(指針?biāo)赶虻念?lèi)型)的一片內(nèi)存區(qū)。以后，我們說(shuō)一個(gè)指針的值是XX，就相當(dāng)于說(shuō)該指針指向了以XX為首地址的一片內(nèi)存區(qū)域；我們說(shuō)一個(gè)指針指向了某塊內(nèi)存區(qū)域，就相當(dāng)于說(shuō)該指針的值是這塊內(nèi)存區(qū)域的首地址。
指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)和指針?biāo)赶虻念?lèi)型是兩個(gè)完全不同的概念。在例一中，指針?biāo)赶虻念?lèi)型已經(jīng)有了，但由于指針還未初始化，所以它所指向的內(nèi)存區(qū)是不存在的，或者說(shuō)是無(wú)意義的。
以后，每遇到一個(gè)指針，都應(yīng)該問(wèn)問(wèn)：這個(gè)指針的類(lèi)型是什么？指針指向的類(lèi)型是什么？該指針指向了哪里？
指針本身所占據(jù)的內(nèi)存區(qū)
指針本身占了多大的內(nèi)存？你只要用函數(shù)sizeof(指針的類(lèi)型)測(cè)一下就知道了。在32位平臺(tái)里，指針本身占據(jù)了4個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度。
指針本身占據(jù)的內(nèi)存這個(gè)概念在判斷一個(gè)指針表達(dá)式是否是左值時(shí)很有用。
指針的算術(shù)運(yùn)算
指針可以加上或減去一個(gè)整數(shù)。指針的這種運(yùn)算的意義和通常的數(shù)值的加減運(yùn)算的意義是不一樣的。例如：
例二：
char a[20]; int *ptr=a; ... ... ptr++;
在上例中，指針ptr的類(lèi)型是int*,它指向的類(lèi)型是int，它被初始化為指向整形變量a。接下來(lái)的第3句中，指針ptr被加了1，編譯器是這樣處理的：它把指針ptr的值加上了sizeof(int)，在32位程序中，是被加上了4。由于地址是用字節(jié)做單位的，故ptr所指向的地址由原來(lái)的變量a的地址向高地址方向增加了4個(gè)字節(jié)。
由于char類(lèi)型的長(zhǎng)度是一個(gè)字節(jié)，所以，原來(lái)ptr是指向數(shù)組a的第0號(hào)單元開(kāi)始的四個(gè)字節(jié)，此時(shí)指向了數(shù)組a中從第4號(hào)單元開(kāi)始的四個(gè)字節(jié)。
我們可以用一個(gè)指針和一個(gè)循環(huán)來(lái)遍歷一個(gè)數(shù)組，看例子：
例三：
int array[20];
int *ptr=array;
...
//此處略去為整型數(shù)組賦值的代碼。
...
for(i=0;i<20;i++)
{
(*ptr)++;
ptr++；
}
這個(gè)例子將整型數(shù)組中各個(gè)單元的值加1。由于每次循環(huán)都將指針ptr加1，所以每次循環(huán)都能訪問(wèn)數(shù)組的下一個(gè)單元。再看例子：
例四：
char a[20]; int *ptr = a; ... ... ptr += 5;
在這個(gè)例子中，ptr被加上了5，編譯器是這樣處理的：將指針ptr的值加上5乘sizeof(int)，在32位程序中就是加上了5乘4=20。由于地址的單位是字節(jié)，故現(xiàn)在的ptr所指向的地址比起加5后的ptr所指向的地址來(lái)說(shuō)，向高地址方向移動(dòng)了20個(gè)字節(jié)。在這個(gè)例子中，沒(méi)加5前的ptr指向數(shù)組a的第0號(hào)單元開(kāi)始的四個(gè)字節(jié)，加5后，ptr已經(jīng)指向了數(shù)組a的合法范圍之外了。雖然這種情況在應(yīng)用上會(huì)出問(wèn)題，但在語(yǔ)法上卻是可以的。這也體現(xiàn)出了指針的靈活性。
如果上例中，ptr是被減去5，那么處理過(guò)程大同小異，只不過(guò)ptr的值是被減去5乘sizeof(int)，新的ptr指向的地址將比原來(lái)的ptr所指向的地址向低地址方向移動(dòng)了20個(gè)字節(jié)。
總結(jié)一下，一個(gè)指針ptrold加上一個(gè)整數(shù)n后，結(jié)果是一個(gè)新的指針ptrnew，ptrnew的類(lèi)型和ptrold的類(lèi)型相同，ptrnew所指向的類(lèi)型和ptrold所指向的類(lèi)型也相同。ptrnew的值將比ptrold的值增加了n乘sizeof(ptrold所指向的類(lèi)型)個(gè)字節(jié)。就是說(shuō)，ptrnew所指向的內(nèi)存區(qū)將比ptrold所指向的內(nèi)存區(qū)向高地址方向移動(dòng)了n乘sizeof(ptrold所指向的類(lèi)型)個(gè)字節(jié)。一個(gè)指針ptrold減去一個(gè)整數(shù)n后，結(jié)果是一個(gè)新的指針ptrnew，ptrnew的類(lèi)型和ptrold的類(lèi)型相同，ptrnew所指向的類(lèi)型和ptrold所指向的類(lèi)型也相同。ptrnew的值將比ptrold的值減少了n乘sizeof(ptrold所指向的類(lèi)型)個(gè)字節(jié)，就是說(shuō)，ptrnew所指向的內(nèi)存區(qū)將比ptrold所指向的內(nèi)存區(qū)向低地址方向移動(dòng)了n乘sizeof(ptrold所指向的類(lèi)型)個(gè)字節(jié)。
運(yùn)算符&和*
這里&是取地址運(yùn)算符，*是…書(shū)上叫做“間接運(yùn)算符”。&a的運(yùn)算結(jié)果是一個(gè)指針，指針的類(lèi)型是a的類(lèi)型加個(gè)*，指針?biāo)赶虻念?lèi)型是a的類(lèi)型，指針?biāo)赶虻牡刂仿铮蔷褪莂的地址。*p的運(yùn)算結(jié)果就五花八門(mén)了�？傊�*p的結(jié)果是p所指向的東西，這個(gè)東西有這些特點(diǎn)：它的類(lèi)型是p指向的類(lèi)型，它所占用的地址是p所指向的地址。
例五：
int a=12; int b; int *p; int **ptr; p=&a;//&a的結(jié)果是一個(gè)指針，類(lèi)型是int*，指向的類(lèi)型是int，指向的地址是a的地址。 *p=24;//*p的結(jié)果，在這里它的類(lèi)型是int，它所占用的地址是p所指向的地址，顯然，*p就是變量a。 ptr=&p;//&p的結(jié)果是個(gè)指針，該指針的類(lèi)型是p的類(lèi)型加個(gè)*，在這里是int**。該指針?biāo)赶虻念?lèi)型是p的類(lèi)型，這里是int*。該指針?biāo)赶虻牡刂肪褪侵羔榩自己的地址。 *ptr=&b;//*ptr是個(gè)指針，&b的結(jié)果也是個(gè)指針，且這兩個(gè)指針的類(lèi)型和所指向的類(lèi)型是一樣的，所以?amp;b來(lái)給*ptr賦值就是毫無(wú)問(wèn)題的了。 **ptr=34;//*ptr的結(jié)果是ptr所指向的東西，在這里是一個(gè)指針，對(duì)這個(gè)指針再做一次*運(yùn)算，結(jié)果就是一個(gè)int類(lèi)型的變量。
指針表達(dá)式
一個(gè)表達(dá)式的最后結(jié)果如果是一個(gè)指針，那么這個(gè)表達(dá)式就叫指針表達(dá)式。下面是一些指針表達(dá)式的例子：
例六：
int a,b; int array[10]; int *pa; pa=&a;//&a是一個(gè)指針表達(dá)式。 int **ptr=&pa;//&pa也是一個(gè)指針表達(dá)式。 *ptr=&b;//*ptr和&b都是指針表達(dá)式。 pa=array; pa++;//這也是指針表達(dá)式。
例七：
char *arr[20]; char **parr=arr;//如果把a(bǔ)rr看作指針的話，arr也是指針表達(dá)式 char *str; str=*parr;//*parr是指針表達(dá)式 str=*(parr+1);//*(parr+1)是指針表達(dá)式 str=*(parr+2);//*(parr+2)是指針表達(dá)式
由于指針表達(dá)式的結(jié)果是一個(gè)指針，所以指針表達(dá)式也具有指針?biāo)哂械乃膫�(gè)要素：指針的類(lèi)型，指針?biāo)赶虻念?lèi)型，指針指向的內(nèi)存區(qū)，指針自身占據(jù)的內(nèi)存。
好了，當(dāng)一個(gè)指針表達(dá)式的結(jié)果指針已經(jīng)明確地具有了指針自身占據(jù)的內(nèi)存的話，這個(gè)指針表達(dá)式就是一個(gè)左值，否則就不是一個(gè)左值。 在例七中，&a不是一個(gè)左值，因?yàn)樗�沒(méi)有占據(jù)明確的內(nèi)存。*ptr是一個(gè)左值，因?yàn)?ptr這個(gè)指針已經(jīng)占據(jù)了內(nèi)存，其實(shí)*ptr就是指針pa，既然pa已經(jīng)在內(nèi)存中有了自己的位置，那么*ptr當(dāng)然也有了自己的位置。
數(shù)組和指針的關(guān)系
如果對(duì)聲明數(shù)組的語(yǔ)句不太明白的話，請(qǐng)參閱我前段時(shí)間貼出的文章<<如何理解c和c++的復(fù)雜類(lèi)型聲明>>。 數(shù)組的數(shù)組名其實(shí)可以看作一個(gè)指針�？聪吕�
例八：
int array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},value;
...
...
value=array[0];//也可寫(xiě)成：value=*array;
value=array[3];//也可寫(xiě)成：value=*(array+3);
value=array[4];//也可寫(xiě)成：value=*(array+4);
上例中，一般而言數(shù)組名array代表數(shù)組本身，類(lèi)型是int [10]，但如果把a(bǔ)rray看做指針的話，它指向數(shù)組的第0個(gè)單元，類(lèi)型是int *，所指向的類(lèi)型是數(shù)組單元的類(lèi)型即int。因此*array等于0就一點(diǎn)也不奇怪了。同理，array+3是一個(gè)指向數(shù)組第3個(gè)單元的指針，所以*(array+3)等于3。其它依此類(lèi)推。
例九：
char *str[3]={
"Hello,this is a sample!",
"Hi,good morning.",
"Hello world"
};
char s[80]；
strcpy(s,str[0]);//也可寫(xiě)成strcpy(s,*str);
strcpy(s,str[1]);//也可寫(xiě)成strcpy(s,*(str+1));
strcpy(s,str[2]);//也可寫(xiě)成strcpy(s,*(str+2));
上例中，str是一個(gè)三單元的數(shù)組，該數(shù)組的每個(gè)單元都是一個(gè)指針，這些指針各指向一個(gè)字符串。把指針數(shù)組名str當(dāng)作一個(gè)指針的話，它指向數(shù)組的第0號(hào)單元，它的類(lèi)型是char**，它指向的類(lèi)型是char *。
*str也是一個(gè)指針，它的類(lèi)型是char*，它所指向的類(lèi)型是char，它指向的地址是字符串”Hello,this is a sample!”的第一個(gè)字符的地址，即’H'的地址。 str+1也是一個(gè)指針，它指向數(shù)組的第1號(hào)單元，它的類(lèi)型是char**，它指向的類(lèi)型是char *。
*(str+1)也是一個(gè)指針，它的類(lèi)型是char*，它所指向的類(lèi)型是char，它指向”Hi,good morning.”的第一個(gè)字符’H'，等等。
下面總結(jié)一下數(shù)組的數(shù)組名的問(wèn)題。聲明了一個(gè)數(shù)組TYPE array[n]，則數(shù)組名稱(chēng)array就有了兩重含義：第一，它代表整個(gè)數(shù)組，它的類(lèi)型是TYPE [n]；第二，它是一個(gè)指針，該指針的類(lèi)型是TYPE*，該指針指向的類(lèi)型是TYPE，也就是數(shù)組單元的類(lèi)型，該指針指向的內(nèi)存區(qū)就是數(shù)組第0號(hào)單元，該指針自己占有單獨(dú)的內(nèi)存區(qū)，注意它和數(shù)組第0號(hào)單元占據(jù)的內(nèi)存區(qū)是不同的。該指針的值是不能修改的，即類(lèi)似array++的表達(dá)式是錯(cuò)誤的。
在不同的表達(dá)式中數(shù)組名array可以扮演不同的角色。
在表達(dá)式sizeof(array)中，數(shù)組名array代表數(shù)組本身，故這時(shí)sizeof函數(shù)測(cè)出的是整個(gè)數(shù)組的大小。
在表達(dá)式*array中，array扮演的是指針，因此這個(gè)表達(dá)式的結(jié)果就是數(shù)組第0號(hào)單元的值。sizeof(*array)測(cè)出的是數(shù)組單元的大小。
表達(dá)式array+n（其中n=0，1，2，….。）中，array扮演的是指針，故array+n的結(jié)果是一個(gè)指針，它的類(lèi)型是TYPE*，它指向的類(lèi)型是TYPE，它指向數(shù)組第n號(hào)單元。故sizeof(array+n)測(cè)出的是指針類(lèi)型的大小。
例十：
int array[10]; int (*ptr)[10]; ptr=&array;
上例中ptr是一個(gè)指針，它的類(lèi)型是int (*)[10]，他指向的類(lèi)型是int [10]，我們用整個(gè)數(shù)組的首地址來(lái)初始化它。在語(yǔ)句ptr=&array中，array代表數(shù)組本身。
本節(jié)中提到了函數(shù)sizeof()，那么我來(lái)問(wèn)一問(wèn)，sizeof(指針名稱(chēng))測(cè)出的究竟是指針自身類(lèi)型的大小呢還是指針?biāo)赶虻念?lèi)型的大小？答案是前者。例如：
int (*ptr)[10];
則在32位程序中，有：
sizeof(int(*)[10])==4 sizeof(int [10])==40 sizeof(ptr)==4
實(shí)際上，sizeof(對(duì)象)測(cè)出的都是對(duì)象自身的類(lèi)型的大小，而不是別的什么類(lèi)型的大小。
指針和結(jié)構(gòu)類(lèi)型的關(guān)系
可以聲明一個(gè)指向結(jié)構(gòu)類(lèi)型對(duì)象的指針。
例十一：
struct MyStruct
{
int a;
int b;
int c;
}
MyStruct ss={20,30,40};//聲明了結(jié)構(gòu)對(duì)象ss，并把ss的三個(gè)成員初始化為20，30和40。
MyStruct *ptr=&ss;//聲明了一個(gè)指向結(jié)構(gòu)對(duì)象ss的指針。它的類(lèi)型是
MyStruct*,它指向的類(lèi)型是MyStruct。
int *pstr=(int*)&ss;//聲明了一個(gè)指向結(jié)構(gòu)對(duì)象ss的指針。但是它的類(lèi)型和它指向的類(lèi)型和ptr是不同的。
請(qǐng)問(wèn)怎樣通過(guò)指針ptr來(lái)訪問(wèn)ss的三個(gè)成員變量？
答案：
ptr->a; ptr->b; ptr->c;
又請(qǐng)問(wèn)怎樣通過(guò)指針pstr來(lái)訪問(wèn)ss的三個(gè)成員變量？
答案：
*pstr；//訪問(wèn)了ss的成員a。 *(pstr+1);//訪問(wèn)了ss的成員b。 *(pstr+2)//訪問(wèn)了ss的成員c。
呵呵，雖然我在我的MSVC++6.0上調(diào)式過(guò)上述代碼，但是要知道，這樣使用pstr來(lái)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)成員是不正規(guī)的，為了說(shuō)明為什么不正規(guī)，讓我們看看怎樣通過(guò)指針來(lái)訪問(wèn)數(shù)組的各個(gè)單元：
例十二：
int array[3]={35,56,37};
int *pa=array;
通過(guò)指針pa訪問(wèn)數(shù)組array的三個(gè)單元的方法是：
*pa;//訪問(wèn)了第0號(hào)單元 *(pa+1);//訪問(wèn)了第1號(hào)單元 *(pa+2);//訪問(wèn)了第2號(hào)單元
從格式上看倒是與通過(guò)指針訪問(wèn)結(jié)構(gòu)成員的不正規(guī)方法的格式一樣。
所有的C/C++編譯器在排列數(shù)組的單元時(shí)，總是把各個(gè)數(shù)組單元存放在連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)里，單元和單元之間沒(méi)有空隙。但在存放結(jié)構(gòu)對(duì)象的各個(gè)成員時(shí)，在某種編譯環(huán)境下，可能會(huì)需要字對(duì)齊或雙字對(duì)齊或者是別的什么對(duì)齊，需要在相鄰兩個(gè)成員之間加若干個(gè)“填充字節(jié)”，這就導(dǎo)致各個(gè)成員之間可能會(huì)有若干個(gè)字節(jié)的空隙。
所以，在例十二中，即使*pstr訪問(wèn)到了結(jié)構(gòu)對(duì)象ss的第一個(gè)成員變量a，也不能保證*(pstr+1)就一定能訪問(wèn)到結(jié)構(gòu)成員b。因?yàn)槌蓡Ta和成員b之間可能會(huì)有若干填充字節(jié)，說(shuō)不定*(pstr+1)就正好訪問(wèn)到了這些填充字節(jié)呢。這也證明了指針的靈活性。要是你的目的就是想看看各個(gè)結(jié)構(gòu)成員之間到底有沒(méi)有填充字節(jié)，嘿，這倒是個(gè)不錯(cuò)的方法。
通過(guò)指針訪問(wèn)結(jié)構(gòu)成員的正確方法應(yīng)該是象例十二中使用指針ptr的方法。
指針和函數(shù)的關(guān)系
可以把一個(gè)指針聲明成為一個(gè)指向函數(shù)的指針。
int fun1(char*,int);
int (*pfun1)(char*,int);
pfun1=fun1;
....
....
int a=(*pfun1)("abcdefg",7);//通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)。
可以把指針作為函數(shù)的形參。在函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句中，可以用指針表達(dá)式來(lái)作為實(shí)參。
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