C语言中的指针

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什么是C语言中的指针？

C指针是一种派生数据类型，用于存储另一个变量的地址，也可以用于访问和操作存储在该位置的变量数据。指针被认为是派生数据类型。

使用指针，您可以访问和修改内存中位于的位置的数据，在函数之间有效地传递数据，并创建动态数据结构，如链接列表、树和图。

指针声明

要声明一个指针，请使用**间接访问运算符（*）**后跟数据类型。

语法

指针变量声明的一般形式为：

type *var-name;

这里，type是指针的基本类型；它必须是有效的C数据类型，而var-name是指针变量的名称。用于声明指针的星号*与用于乘法的星号相同。但是，在此语句中，星号用于将变量指定为指针。

有效指针变量声明示例

看看一些有效的指针声明：

int    *ip;    /* pointer to an integer */
double *dp;    /* pointer to a double */
float  *fp;    /* pointer to a float */
char   *ch     /* pointer to a character */

所有指针的值的实际数据类型，无论是整数、浮点数、字符还是其他类型，都是相同的，一个表示内存地址的长十六进制数。不同数据类型指针之间的唯一区别是指针指向的变量或常量的数据类型。

指针初始化

声明指针变量后，需要使用**取地址(&)运算符**将其初始化为另一个变量的地址。此过程称为**引用指针**。

语法

以下是初始化指针变量的语法：

pointer_variable = &variable;

示例

这是一个指针初始化的示例：

int x = 10;
int *ptr = &x;

这里，x是一个整数变量，ptr是一个整数指针。指针ptr被初始化为x。

引用和解引用指针

指针引用内存中的一个位置。获取存储在该位置的值称为**解引用指针**。

在C语言中，了解以下两个运算符在指针机制中的作用非常重要：

• &运算符 - 它也被称为“取地址运算符”。它用于引用，这意味着获取现有变量的地址（使用&）以设置指针变量。
• *运算符 - 它也被称为“解引用运算符”。使用*运算符执行**解引用**指针以获取指针指向的内存地址中的值。

指针用于按引用传递参数。如果程序员希望函数对参数的修改对函数的调用者可见，这将很有用。这对于从函数返回多个值也很有用。

使用指针访问和操作值

可以通过使用指针变量来访问和操作指针指向的变量的值。您需要在指针变量前使用星号（*）来访问和操作变量的值。

示例

在下面的示例中，我们获取一个整数变量及其初始值，并将其更改为新值。

#include <stdio.h>

int main() {
  int x = 10;

  // Pointer declaration and initialization
  int * ptr = & x;

  // Printing the current value
  printf("Value of x = %d\n", * ptr);

  // Changing the value
  * ptr = 20;

  // Printing the updated value
  printf("Value of x = %d\n", * ptr);

  return 0;
}

输出

Value of x = 10
Value of x = 20

如何使用指针？

要在C语言中使用指针，您需要声明一个指针变量，然后将其初始化为另一个变量的地址，然后您可以通过解引用来使用它以获取和更改指针指向的变量的值。

您可以将指针与任何类型的变量一起使用，例如整数、浮点数、字符串等。您还可以将指针与派生数据类型一起使用，例如数组、结构体、联合体等。

示例

在下面的示例中，我们使用指针来获取不同类型变量的值。

#include <stdio.h>

int main() {
  int x = 10;
  float y = 1.3f;
  char z = 'p';

  // Pointer declaration and initialization
  int * ptr_x = & x;
  float * ptr_y = & y;
  char * ptr_z = & z;

  // Printing the values
  printf("Value of x = %d\n", * ptr_x);
  printf("Value of y = %f\n", * ptr_y);
  printf("Value of z = %c\n", * ptr_z);
  
  return 0;
}

输出

Value of x = 10
Value of y = 1.300000
Value of z = p

指针变量的大小

指针变量占用的内存（或大小）不取决于它指向的变量的类型。指针的大小取决于系统架构。

示例

在下面的示例中，我们打印不同类型指针的大小

#include <stdio.h>

int main() {
  int x = 10;
  float y = 1.3f;
  char z = 'p';

  // Pointer declaration and initialization
  int * ptr_x = & x;
  float * ptr_y = & y;
  char * ptr_z = & z;

  // Printing the size of pointer variables
  printf("Size of integer pointer : %lu\n", sizeof(ptr_x));
  printf("Size of float pointer : %lu\n", sizeof(ptr_y));
  printf("Size of char pointer : %lu\n", sizeof(ptr_z));
  
  return 0;
}

输出

Size of integer pointer : 8
Size of float pointer : 8
Size of char pointer : 8

C指针示例

练习以下示例以学习指针的概念：

示例1：在C语言中使用指针

以下示例演示了如何在C语言中使用&和*运算符执行与指针相关的操作：

#include <stdio.h>

int main(){

   int  var = 20;   /* actual variable declaration */
   int  *ip;        /* pointer variable declaration */

   ip = &var;   /* store address of var in pointer variable*/

   printf("Address of var variable: %p\n", &var);

   /* address stored in pointer variable */
   printf("Address stored in ip variable: %p\n", ip);

   /* access the value using the pointer */
   printf("Value of *ip variable: %d\n", *ip );

   return 0;
}

输出

执行代码并检查其输出：

Address of var variable: 0x7ffea76fc63c
Address stored in ip variable: 0x7ffea76fc63c
Value of *ip variable: 20

示例：打印整数的值和地址

我们将声明一个int变量并显示其值和地址：

#include <stdio.h>

int main(){

   int var = 100;
   
   printf("Variable: %d \t Address: %p", var, &var);
   
   return 0;   
}

输出

运行代码并检查其输出：

Variable: 100   Address: 0x7ffc62a7b844

示例：整数指针

在此示例中，var的地址使用&运算符存储在intptr变量中

#include <stdio.h>

int main(){

   int var = 100;
   int *intptr = &var;
   
   printf("Variable: %d \nAddress of Variable: %p \n\n", var, &var);
   printf("intptr: %p \nAddress of intptr: %p \n\n", intptr, &intptr);
   
   return 0;
}

输出

运行代码并检查其输出：

Variable: 100 
Address of Variable: 0x7ffdcc25860c 

intptr: 0x7ffdcc25860c 
Address of intptr: 0x7ffdcc258610 

示例5

现在让我们以一个浮点变量为例，并找到它的地址：

#include <stdio.h>

int main(){

   float var1 = 10.55;
   
   printf("var1: %f \n", var1);
   printf("Address of var1: %d", &var1);
}

输出

运行代码并检查其输出：

var1: 10.550000 
Address of var1: 1512452612

我们可以看到此变量（任何类型的变量）的地址都是一个整数。因此，如果我们尝试将其存储在“float”类型的指针变量中，请查看会发生什么：

float var1 = 10.55;
int *intptr = &var1;

编译器不接受此操作，并报告以下错误：

initialization of 'int *' from incompatible pointer type 
'float *' [-Wincompatible-pointer-types]

注意：变量的类型及其指针的类型必须相同。

在C语言中，变量具有特定数据类型，这些数据类型定义了它们的大小以及它们如何存储值。使用匹配类型（例如，float *）声明指针可在指针与其指向的数据之间强制执行“类型兼容性”。

C语言中不同数据类型占用不同的内存空间。例如，一个“int”类型变量通常占用4个字节，而“float”类型变量可能占用4或8个字节，具体取决于系统。从指针添加或减去整数会根据它们指向的数据的大小在内存中移动指针。

示例：浮点数指针

在这个例子中，我们声明了一个名为“floatptr”的“float *”类型的变量。

#include <stdio.h>

int main(){

   float var1 = 10.55;
   float *floatptr = &var1;
   
   printf("var1: %f \nAddress of var1: %p \n\n",var1, &var1);
   printf("floatptr: %p \nAddress of floatptr: %p \n\n", floatptr, &floatptr);
   printf("var1: %f \nValue at floatptr: %f", var1, *floatptr);
   
   return 0;
}

输出

var1: 10.550000 
Address of var1: 0x7ffc6daeb46c 

floatptr: 0x7ffc6daeb46c 
Address of floatptr: 0x7ffc6daeb470 

指向指针的指针

我们可以有一个指针变量，它存储另一个指针本身的地址。

在上图中，“a”是一个普通的“int”类型变量，其指针为“x”。反过来，变量“y”存储“x”的地址。

请注意，“y”被声明为“int **”，表示它是一个指向另一个指针变量的指针。显然，“y”将返回“x”的地址，而“*y”是“x”中的值（即“a”的地址）。

要从“y”获取“a”的值，我们需要使用表达式“**y”。通常，“y”被称为**指向指针的指针**。

示例

请看下面的例子：

#include <stdio.h>

int main(){

   int var = 10;
   int *intptr = &var;
   int **ptrptr = &intptr;
   
   printf("var: %d \nAddress of var: %d \n\n",var, &var);
   printf("inttptr: %d \nAddress of inttptr: %d \n\n", intptr, &intptr);
   printf("var: %d \nValue at intptr: %d \n\n", var, *intptr);
   printf("ptrptr: %d \nAddress of ptrtptr: %d \n\n", ptrptr, &ptrptr);
   printf("intptr: %d \nValue at ptrptr: %d \n\n", intptr, *ptrptr);
   printf("var: %d \n*intptr: %d \n**ptrptr: %d", var, *intptr, **ptrptr);
   
   return 0;
}

输出

运行代码并检查其输出：

var: 10 
Address of var: 951734452 

inttptr: 951734452 
Address of inttptr: 951734456 

var: 10 
Value at intptr: 10 

ptrptr: 951734456 
Address of ptrtptr: 951734464 
intptr: 951734452 
Value at ptrptr: 951734452 

var: 10 
*intptr: 10 
**ptrptr: 10

您也可以拥有**指向数组的指针**，以及使用**struct**定义的派生类型。指针具有重要的应用。它们在通过传递引用调用函数时使用。指针还有助于克服函数只能返回单个值的限制。使用指针，您可以获得返回多个值或数组的效果。

空指针

如果您没有确切的地址要分配，那么始终建议将空值分配给指针变量。这在变量声明时完成。分配了NULL的指针称为**空**指针。

NULL指针是一个常量，其值为“0”，在多个标准库中定义。

示例

考虑以下程序：

#include <stdio.h>

int main(){

   int *ptr = NULL;

   printf("The value of ptr is : %x\n", ptr);
 
   return 0;
}

输出

当以上代码编译并执行时，会产生以下结果：

The value of ptr is 0

在大多数操作系统中，程序不允许访问地址“0”处的内存，因为该内存由操作系统保留。

内存地址“0”具有特殊的意义；它表示指针不打算指向可访问的内存位置。但按照惯例，如果指针包含空（零）值，则假定它不指向任何内容。

要检查空指针，您可以使用如下所示的**if**语句：

if(ptr)     /* succeeds if p is not null */
if(!ptr)    /* succeeds if p is null */

变量的地址

如您所知，每个变量都是一个内存位置，每个内存位置都有其定义的地址，可以使用地址运算符（&）访问，该运算符表示内存中的地址。

示例

考虑以下示例，它打印定义的变量的地址：

#include <stdio.h>

int main(){

   int  var1;
   char var2[10];

   printf("Address of var1 variable: %x\n", &var1);
   printf("Address of var2 variable: %x\n", &var2);

   return 0;
}

输出

当以上代码编译并执行时，它将打印变量的地址：

Address of var1 variable: 61e11508
Address of var2 variable: 61e1150e

指针详解

指针有很多但简单的概念，它们对C编程非常重要。以下重要的指针概念应该对任何C程序员都清晰：