D 编程 - 指针

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D 编程指针易于学习且趣味十足。一些 D 编程任务使用指针更容易完成，而其他 D 编程任务（例如动态内存分配）则无法在没有指针的情况下完成。下面显示了一个简单的指针。

Pointer in D

指针并非直接指向变量，而是指向变量的地址。众所周知，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，可以使用表示内存地址的取地址符 (&) 运算符访问。考虑以下打印已定义变量地址的代码：

在线演示 
import std.stdio;
 
void main () { 
   int var1; 
   writeln("Address of var1 variable: ",&var1);  
   
   char var2[10]; 
   writeln("Address of var2 variable: ",&var2); 
}

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

Address of var1 variable: 7FFF52691928 
Address of var2 variable: 7FFF52691930

什么是指针？

指针是一个变量，其值是另一个变量的地址。像任何变量或常量一样，必须在使用指针之前声明它。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；它必须是有效的编程类型，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。以下是有效的指针声明：

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

所有指针的实际数据类型，无论是整数、浮点数、字符还是其他类型，都是相同的，即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在于指针指向的变量或常量的类型。

在 D 编程中使用指针

使用指针时，有一些重要的操作。

  • 我们定义指针变量

  • 将变量的地址赋给指针

  • 最后访问指针变量中地址的值。

这是通过使用一元运算符 * 来完成的，它返回位于其操作数指定的地址处的变量的值。以下示例使用了这些操作：

在线演示 
import std.stdio; 

void main () { 
   int var = 20;   // actual variable declaration. 
   int *ip;        // pointer variable
   ip = &var;   // store address of var in pointer variable  
   
   writeln("Value of var variable: ",var); 
   
   writeln("Address stored in ip variable: ",ip); 
   
   writeln("Value of *ip variable: ",*ip); 
}

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

Value of var variable: 20 
Address stored in ip variable: 7FFF5FB7E930 
Value of *ip variable: 20

空指针

如果您没有确切的地址要赋值，则始终建议将指针赋值为 NULL。这是在变量声明时完成的。赋值为空的指针称为空指针。

空指针是在包括 iostream 在内的多个标准库中定义的值为零的常量。考虑以下程序：

在线演示 
import std.stdio;

void main () { 
   int  *ptr = null; 
   writeln("The value of ptr is " , ptr) ;  
}

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

The value of ptr is null

在大多数操作系统上，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。但是，内存地址 0 具有特殊的意义；它表示指针并非旨在指向可访问的内存位置。

按照约定，如果指针包含空（零）值，则假定它不指向任何内容。可以使用 if 语句检查空指针，如下所示：

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

因此，如果所有未使用的指针都被赋予空值，并且避免使用空指针，则可以避免意外错误地使用未初始化的指针。许多时候，未初始化的变量包含一些垃圾值，这使得程序调试变得困难。

指针运算

有四个算术运算符可以用于指针：++、--、+ 和 -

为了理解指针运算，让我们考虑一个名为 ptr 的整数指针，它指向地址 1000。假设 32 位整数，让我们对指针执行以下算术运算：

ptr++

则 ptr 将指向位置 1004，因为每次递增 ptr 时，它都会指向下一个整数。此操作将指针移动到下一个内存位置，而不会影响内存位置的实际值。

如果 ptr 指向地址为 1000 的字符，则上述操作指向位置 1001，因为下一个字符将在 1001 处可用。

递增指针

我们更倾向于在程序中使用指针而不是数组，因为变量指针可以递增，而数组名则不能递增，因为它是一个常量指针。以下程序递增变量指针以访问数组的每个后续元素：

在线演示 
import std.stdio; 
 
const int MAX = 3; 
 
void main () { 
   int var[MAX] = [10, 100, 200]; 
   int *ptr = &var[0];  

   for (int i = 0; i < MAX; i++, ptr++) { 
      writeln("Address of var[" , i , "] = ",ptr); 
      writeln("Value of var[" , i , "] = ",*ptr); 
   } 
}

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

Address of var[0] = 18FDBC 
Value of var[0] = 10 
Address of var[1] = 18FDC0 
Value of var[1] = 100 
Address of var[2] = 18FDC4 
Value of var[2] = 200

指针与数组

指针和数组密切相关。但是，指针和数组并非完全可以互换。例如，考虑以下程序：

在线演示 
import std.stdio; 
 
const int MAX = 3;
  
void main () { 
   int var[MAX] = [10, 100, 200]; 
   int *ptr = &var[0]; 
   var.ptr[2]  = 290; 
   ptr[0] = 220;  
   
   for (int i = 0; i < MAX; i++, ptr++) { 
      writeln("Address of var[" , i , "] = ",ptr); 
      writeln("Value of var[" , i , "] = ",*ptr); 
   } 
}

在上述程序中，您可以看到 var.ptr[2] 用于设置第二个元素，而 ptr[0] 用于设置第零个元素。递增运算符可用于 ptr，但不能用于 var。

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

Address of var[0] = 18FDBC 
Value of var[0] = 220 
Address of var[1] = 18FDC0 
Value of var[1] = 100 
Address of var[2] = 18FDC4 
Value of var[2] = 290

指向指针的指针

指向指针的指针是多重间接寻址或指针链的一种形式。通常，指针包含变量的地址。当我们定义指向指针的指针时，第一个指针包含第二个指针的地址，第二个指针指向包含实际值的位置，如下所示。

C++ Pointer to Pointer

作为指向指针的指针的变量必须声明为这种类型。这是通过在其名称前面添加一个额外的星号来完成的。例如，以下是声明指向 int 类型指针的指针的语法：

int **var;

当目标值由指向指针的指针间接指向时，访问该值需要两次应用星号运算符，如下面的示例所示：

在线演示 
import std.stdio;  

const int MAX = 3;
  
void main () { 
   int var = 3000; 
   writeln("Value of var :" , var); 
   
   int *ptr = &var; 
   writeln("Value available at *ptr :" ,*ptr); 
   
   int **pptr = &ptr; 
   writeln("Value available at **pptr :",**pptr); 
}

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

Value of var :3000 
Value available at *ptr :3000 
Value available at **pptr :3000

将指针传递给函数

D 允许您将指针传递给函数。为此，它只需将函数参数声明为指针类型。

以下简单示例将指针传递给函数。

在线演示 
import std.stdio; 
 
void main () { 
   // an int array with 5 elements. 
   int balance[5] = [1000, 2, 3, 17, 50]; 
   double avg; 
   
   avg = getAverage( &balance[0], 5 ) ; 
   writeln("Average is :" , avg); 
} 
 
double getAverage(int *arr, int size) { 
   int    i; 
   double avg, sum = 0; 
   
   for (i = 0; i < size; ++i) {
      sum += arr[i]; 
   } 
   
   avg = sum/size; 
   return avg; 
}

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

Average is :214.4

从函数返回指针

考虑以下函数，它使用指针返回 10 个数字，这意味着第一个数组元素的地址。

在线演示 
import std.stdio;
  
void main () { 
   int *p = getNumber(); 
   
   for ( int i = 0; i < 10; i++ ) { 
      writeln("*(p + " , i , ") : ",*(p + i)); 
   } 
} 
 
int * getNumber( ) { 
   static int r [10]; 
   
   for (int i = 0; i < 10; ++i) {
      r[i] = i; 
   }
   
   return &r[0]; 
}

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

*(p + 0) : 0 
*(p + 1) : 1 
*(p + 2) : 2 
*(p + 3) : 3 
*(p + 4) : 4 
*(p + 5) : 5 
*(p + 6) : 6 
*(p + 7) : 7 
*(p + 8) : 8 
*(p + 9) : 9

指向数组的指针

数组名是指向数组第一个元素的常量指针。因此，在声明中：

double balance[50];

balance 是指向 &balance[0] 的指针，它是数组 balance 的第一个元素的地址。因此，以下程序片段将 p 赋值为 balance 的第一个元素的地址：

double *p; 
double balance[10]; 
 
p = balance;

将数组名用作常量指针以及反过来都是合法的。因此，*(balance + 4) 是访问 balance[4] 处数据的合法方法。

一旦将第一个元素的地址存储在 p 中，就可以使用 *p、*(p+1)、*(p+2) 等访问数组元素。以下示例显示了上述所有概念：

在线演示 
import std.stdio;
 
void main () { 
   // an array with 5 elements. 
   double balance[5] = [1000.0, 2.0, 3.4, 17.0, 50.0]; 
   double *p;  
   
   p = &balance[0]; 
  
   // output each array element's value  
   writeln("Array values using pointer " ); 
   
   for ( int i = 0; i < 5; i++ ) { 
      writeln( "*(p + ", i, ") : ", *(p + i)); 
   } 
}

编译并执行上述代码后，将产生以下结果：

Array values using pointer  
*(p + 0) : 1000 
*(p + 1) : 2 
*(p + 2) : 3.4 
*(p + 3) : 17
*(p + 4) : 50
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