C++指针与数组：指针详解

本文主要介绍C语言中指针的基本概念与用法，本博文从零开始讲解指针，只要你了解基本的C语法，相信你看完本文后一定会有所收获。

一. What（什么是指针）

1. 地址初了解

要搞明白什么是指针，首先我们得先了解一个概念：地址。

什么是地址呢？

我们知道，计算机的内存是一块连续的大块存储空间，为了提高 CPU 查找数据的效率，我们将这块连续的存储空间以字节为单位进行编号，每个字节都一一对应了一个编号，这个编号就叫做地址。

举个形象的例子：

如果我们把一座宿舍楼看做是内存，那么宿舍楼里的房间我们就可以看成是内存里的每一个字节，那么每个房间的门牌号就可以看做是地址。

为什么要有地址？

通过上面的例子，我们很容易了解到地址存在的意义。试想，如果宿舍楼里的房间都没有门牌号，我们就很难描述一指定房间的具体位置。CPU 对内存的处理也是如此，如果没有地址，CPU 就没有办法确定指定内存的具体位置，从而正确且快速的访问到该内存空间。

2. 指针概念

• 指针就是地址
• 指针就是地址
• 指针就是地址

重要的事情说三遍，我们必须明确的知道一件事，指针就是地址，可以理解为，指针是地址在C语言里的一种特殊叫法。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int *p = &a;		// p是不是指针？
	printf("%p\n", p);  // %p 可以格式化输出地址。
	return 0;
}

既然如此，上述代码中 p 是不是指针呢？

我们说过指针就是地址，而 p 是不是地址？当然不是！地址是一个单独的数据，就像 int a = 10; 我们能说 a 就是 10 吗？当然不能，10是一个整形常量，而 a 是一个整形变量，我们只能说 a 里面存放的值是 10，而不能简单的说 a 就是 10。

同理，上述代码中的 p 是一个变量，里面存放的是 a 的地址，我们称它为指针变量。所以严格意义上来说，p 不是指针，而是指针变量。就像 a 不是整数10，而是整形变量一样。

那么什么是指针呢，我们把这段代码运行起来：

没错，严格意义上来说，这段数字才真正的叫做指针 (地址值在计算机中一般以16进制显示)。

3. 指针与指针变量

通过上面的讲解，相信大家可以理解，指针是地址，是一个常量，而指针变量是一个变量，里面存放的是指针，这两者之间有着本质区别。

看到这，相信有些同学就有疑问了：明明上课的时候，或者某些书上都将指针变量统称为指针，就像 上例中的 p 平时都叫做指针，为什么现在又说 p 不是指针呢？

请大家注意，我说 p 不是指针是在严格意义上来说。

在日常使用中，我们经常把指针和指针变量混为一谈。这似乎成为了一种习惯，甚至我在下面的表述中都可能将指针变量表述为指针。

结论是：我们在日常使用中，可以模糊指针与指针变量的概念，把指针变量统称为指针，但是，我们心里必须清楚的意识到，指针和指针变量的本质区别，以及你叫的这个东西到底是指针还是指针变量。

二. Why（为什么要有指针）

经过上面的讲解，相信这个问题就非常简单了。指针就是地址，那么为什么要有地址？究其原因就是，为了提高查找效率。

试想如果没有地址的存在，我们写下 int a = 10; 的时候，系统会自动在内存中开辟一4字节的空间存放10这个数值。而我们 CPU 在访问的时候，由于没有地址的存在只能在内存中一块一块的遍历对比查找，而有了地址，内存就可以把地址值告诉 CPU，CPU 就可以根据地址值直接定位到该内存，大大提高了 CPU 访问内存的效率与准确性。

三. How（如何使用指针）

1. 基本定义

指针变量的定义格式较简单，只要在类型和变量名之间加上 * 操作符，就可以定义该类型的指针变量。

int *a = NULL;				//定义整形指针变量
double *d = NULL;			//定义双精度浮点型指针变量
struct stdnt *ps = NULL;	//定义结构体指针变量

注: NULL 是指针变量初始化的时候常用的宏定义，称其为空指针，本质为 0 值。

如果定义时不初始化，如：

int *a;

我们知道，变量如果不初始化，其中的值就是随机值，也就是此时的指针变量 a 里面存放的是随机值，如果此时访问 a 变量就会以这个随机值作为地址访问对应的内存，这种操作是非法的。这种不初始化的指针我们称之为野指针。

所以，为了避免野指针的出现，我们在定义指针变量时尽量对其进行初始化。

2. 取地址操作符 &

我们使用指针就是使用地址，那么地址从何而来？我们可不可以这么写代码：

int *a = 0x11223344;

我们把 0x11223344 看做是地址值交给整形指针变量 a 来存储。语法上没有问题，但是这样写毫无意义！因为 0x11223344 这个地址对于我们来说是未知的，我们并没有读取和访问的权限，这时候的 a 变量就相当于一个野指针。

事实上，我们的地址是由 & 取地址符取出来的。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int *p = &a;
	return 0;
}

这里我们定义了整形变量 a，取地址符取出了 a 的地址并把它赋给整形指针变量 p。

这里就有一个疑问，a 是一个整形变量，占4字节的空间，而通过上面的介绍，我们知道内存的地址编号是以字节为单位的，这就意味着变量 a 其实存在4个地址，那么 &a 究竟取出的是哪一个地址呢？

上结论：

在C语言中，对任意类型的变量或者数组取地址，永远取得是数值上最小的那个地址。

我们画一下上面代码的内存分布图：

假设从左向右地址依次升高，那么 p 里面存放的就是 a 变量4字节中地址最低的那个字节的地址。

3. 解引用操作符 *

我们上面说到，对变量取地址取得是地址最低的字节即首字节地址，那么我们如何通过这一个字节的地址访问到原变量里的数据呢，这里就需要使用 * 操作符：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int *p = &a;
	*p = 20;     // 等价于 a = 20
	printf("%d\n", *p);
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

看上面的代码，我们把 a 变量的地址赋值给指针变量 p，通过 *p 即可访问到该变量的内容。

那么 * 操作符到底是如何使用的呢，下面给出结论：

对指针解引用，就是指针指向的目标。

就像上例中 *p 是什么？*p 就是 a，*p 就是 a，*p就是a，重要的事情说三遍。所以，如果我改变 *p 的值，完全等价于直接改变 a 变量的值。

上面的代码运行结果：

那么，我们看下面这段代码：

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	int *p = &a;
	printf("0x%x\n", *(char*)p);
	return 0;
}

注意，我们说 *p 就是 a，但是，这里的 *p 被强制类型转化为 char* 类型之后再进行的解引用操作，此时的 p 就是一个字符类型的指针，因为字符 char 类型在C中只占一个字节，对其进行解引用只能访问一个字节的内容。而我们说过 p 中存放的是 a 变量的首字节的地址，即 44 的地址 (至于为什么，请读者自己了解大小端的内容)，解引用就只访问到了 44：

4. 结构体指针

下面定义一个结构体：

typedef struct Student
{
	int age;
	char name[20];
	char sex[2];
}STD;

C语言中任何数据类型都有其对于的指针类型，结构体也不例外，如下：

int main()
{
	STD s = { 18, "张三", "男" };
	STD *ps = &s;		// 定义结构体指针
	printf("%s\n%d\n%s\n", s.name, s.age, s.sex);
}

我们定义一个结构体变量并初始化，通过 . 操作符可以很容易访问到结构体的内容。那么我们如何通过结构体指针变量 ps 来访问结构体的内容呢？

我们说过对指针解引用，就是指针指向的目标，那么请读者思考，*ps 是什么呢？没错 *ps 就是 s变量，既然如此，我们就可以这么访问：

	printf("%s\n%d\n%s\n", (*ps).name, (*ps).age, (*ps).sex);
	//注：因 . 操作符优先级高于 * 操作符，故 (*ps) 必须加括号

C语言可能认为这样写太麻烦，于是对于结构体指针我们可以使用 -> 操作符直接访问到结构体的内容：

	printf("%s\n%d\n%s\n", ps->name, ps->age, ps->sex);

ps->name 写法完全等价于 (*ps).name 这样的写法。
注：-> 操作符只在结构体指针变量访问结构体成员时使用。

5. 多级指针

首先问大家一个问题，指针变量是不是变量？是变量。既然是变量，那么就有地址，我们依然可以把指针变量的地址存入一个新的变量，此变量我们可以称为二级指针变量：

int a = 10;
int *pa = &a;
int **ppa = &pa;  // 定义二级指针变量
*ppa;  //等价于 pa
**ppa; //等价于 *pa，即等价于 a

二级指针大家不要看的多么神秘，所谓二级指针其实也就是一个指针变量，只不过里面存放的是另一个指针变量的地址而已。
既然如此，二级指针变量是不是变量呢？它能不能取地址存入另外一个三级指针变量呢？那么，三级指针变量是不是变量呢？… 如果你愿意，可以一直这么套娃下去~

6.指针变量的命名规范

之所以把这块单独分出来讲，是因为对指针变量进行一个好的命名规范，不仅有利于提高代码的可读性，更有助于我们理解一些复杂的数据结构的代码。

指针的命名习惯上在原变量名前加字母 p。 如定义整形变量 a ，其指针变量就命名为 pa, 定义结构体变量 std 其对应指针变量命名为 pstd，如果对 pstd 再次取地址存入二级指针变量，那么该二级指针变量就应该命名为 ppstd。

四. 我对指针的一些理解

都说指针是C语言的灵魂，那么指针的魅力究竟在何处？

我们看这段交换两个数的代码：

#include <stdio.h>
void Swap(int a, int b)
{
	int t = a;
	a = b;
	b = t;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	Swap(a, b);
	printf("a = %d\n", a);
	printf("b = %d\n", b);
	return 0;
}

我们应该知道，这段代码是无法完成 a, b 的交换的，因为 Swap() 里的 a, b 只不过是 main() 函数里 a, b 的一份拷贝。即，Swap() 函数里 a, b 的改变是不会影响 main() 函数的。这种传参的方式我们称之为传值。

可是我们这么写：

#include <stdio.h>
void Swap(int *pa, int *pb)
{
	int t = *pa;
	*pa = *pb;
	*pb = t;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	Swap(&a, &b);
	printf("a = %d\n", a);
	printf("b = %d\n", b);
	return 0;
}

main() 传参时传 a, b 的地址，Swap() 函数使用指针进行接收，内部使用解引用方式进行交换，我们就可以完成真正的交换功能。这种传参的方式我们称之为传址。

我在一篇文章上看到这样一个说法，可谓是对指针理解到了本质：

• 传值就是传值。
• 传址就是传值本身。

值和值本身两个概念希望大家能够深刻理解。

如同我们 Swap() 函数的第一种写法，main() 函数仅仅是将 a, b 的值传递给了 Swap() 函数进行处理，可无论 Swap() 函数对其做什么样的处理，也依然无法改变原来 a, b 的值。

而 Swap() 的第二种写法，main() 函数传的是 a, b 的地址，相当于传的是 a, b 本身，这样 Swap() 在进行处理时便可直接改变原来的 a, b 的值。

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注编程网的更多内容！