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深入理解C语言指针的奥妙
http://www.yyye.org 2012/7/16 22:48:56 来源：隐于野个人博客 点击：

指针是一个特殊的变量，它里面存储的数值被解释成为内存里的一个地址。 要搞清一个指针需要搞清指针的四方面的内容：指针的类型，指针所指向的 类型，指针的值或者叫指针所指向的内存区，还有指针本身所占据的内存区。让我们分别说明。
先声明几个指针放着做例子：
例一：
(1)int*ptr;
(2)char*ptr;
(3)int**ptr;
(4)int(*ptr)[3];
(5)int*(*ptr)[4];
指针的类型
从语法的角度看，你只要把指针声明语句里的指针名字去掉，剩下的部分就是这个指针的类型。这是指针本身所具有的类型。让我们看看例一中各个指针的类型：
(1)int*ptr;//指针的类型是int*
(2)char*ptr;//指针的类型是char*
(3)int**ptr;//指针的类型是int**
(4)int(*ptr)[3];//指针的类型是int(*)[3]
(5)int*(*ptr)[4];//指针的类型是int*(*)[4]
怎么样？找出指针的类型的方法是不是很简单？
指针所指向的类型
当你通过指针来访问指针所指向的内存区时，指针所指向的类型决定了编译器将把那片内存区里的内容当做什么来看待。
从语法上看，你只须把指针声明语句中的指针名字和名字左边的指针声明符*去掉，剩下的就是指针所指向的类型。例如：
(1)int*ptr;//指针所指向的类型是int
(2)char*ptr;//指针所指向的的类型是char
(3)int**ptr;//指针所指向的的类型是int*
(4)int(*ptr)[3];//指针所指向的的类型是int()[3]
(5)int*(*ptr)[4];//指针所指向的的类型是int*()[4]
在指针的算术运算中，指针所指向的类型有很大的作用。
指针的类型(即指针本身的类型)和指针所指向的类型是两个概念。当你对C越来越熟悉时，你会发现，把与指针搅和在一起的 "类型 "这个概念分成 "指针的类型 "和 "指针所指向的类型 "两个概念，是精通指针的关键点之一。我看了不少书，发现有些写得差的书中，就把指针的这两个概念搅在一起了，所以看起书来前后矛盾，越看越糊涂。
指针的值，或者叫指针所指向的内存区或地址
指针的值是指针本身存储的数值，这个值将被编译器当作一个地址，而不是一个一般的数值。在32位程序里，所有类型的指针的值都是一个32位整数，因为32位程序里内存地址全都是32位长。 指针所指向的内存区就是从指针的值所代表的那个内存地址开始，长度为si zeof(指针所指向的类型)的一片内存区。以后，我们说一个指针的值是XX，就相当于说该指针指向了以XX为首地址的一片内存区域；我们说一个指针指向了某块内存区域，就相当于说该指针的值是这块内存区域的首地址。
指针所指向的内存区和指针所指向的类型是两个完全不同的概念。在例一中，指针所指向的类型已经有了，但由于指针还未初始化，所以它所指向的内存区是不存在的，或者说是无意义的。
以后，每遇到一个指针，都应该问问：这个指针的类型是什么？指针指的类型是什么？该指针指向了哪里？
指针本身所占据的内存区
指针本身占了多大的内存？你只要用函数sizeof(指针的类型)测一下就知道了。在32位平台里，指针本身占据了4个字节的长度。
指针本身占据的内存这个概念在判断一个指针表达式是否是左值时很有用。
指针的算术运算
指针可以加上或减去一个整数。指针的这种运算的意义和通常的数值的加减运算的意义是不一样的。例如：
例二：
1、chara[20];
2、int*ptr=a;
...
...
3、ptr++;
在上例中，指针ptr的类型是int*,它指向的类型是int，它被初始化为指向整形变量a。接下来的第3句中，指针ptr被加了1，编译器是这样处理的：它把指针ptr的值加上了sizeof(int)，在32位程序中，是被加上了4。由于地址是用字节做单位的，故ptr所指向的地址由原来的变量a的地址向高地址方向增加了4个字节。
由于char类型的长度是一个字节，所以，原来ptr是指向数组a的第0号单元开始的四个字节，此时指向了数组a中从第4号单元开始的四个字节。
我们可以用一个指针和一个循环来遍历一个数组，看例子：
例三：
intarray[20];
int*ptr=array;
...
//此处略去为整型数组赋值的代码。
...
for(i=0;i <20;i++)
{
(*ptr)++;
ptr++；
}
这个例子将整型数组中各个单元的值加1。由于每次循环都将指针ptr加1，所以每次循环都能访问数组的下一个单元。

再看例子：

例四：

1、chara[20];
2、int*ptr=a;
...
...
3、ptr+=5;
在这个例子中，ptr被加上了5，编译器是这样处理的：将指针ptr的值加上5乘sizeof(int)，在32位程序中就是加上了5乘4=20。由于地址的单位是字节，故现在的ptr所指向的地址比起加5后的ptr所指向的地址来说，向高地址方向移动了20个字节。在这个例子中，没加5前的ptr指向数组a的第0号单元开始的四个字节，加5后，ptr已经指向了数组a的合法范围之外了。虽然这种情况在应用上会出问题，但在语法上却是可以的。这也体现出了指针的灵活性。

从格式上看倒是与通过指针访问结构成员的不正规方法的格式一样。
所有的C/C++编译器在排列数组的单元时，总是把各个数组单元存放在连续的存储区里，单元和单元之间没有空隙。但在存放结构对象的各个成员时，在某种编译环境下，可能会需要字对齐或双字对齐或者是别的什么对齐，需要在相邻两个成员之间加若干个 "填充字节 "，这就导致各个成员之间可能会有若干个字节的空隙。
所以，在例十二中，即使*pstr访问到了结构对象ss的第一个成员变量a，也不能保证*(pstr+1)就一定能访问到结构成员b。因为成员a和成员b之间可能会有若干填充字节，说不定*(pstr+1)就正好访问到了这些填充字节呢。这也证明了指针的灵活性。要是你的目的就是想看看各个结构成员之间到底有没有填充字节，嘿，这倒是个不错的方法。
过指针访问结构成员的正确方法应该是象例十二中使用指针ptr的方法。
指针和函数的关系
可以把一个指针声明成为一个指向函数的指针。intfun1(char*,int);
int(*pfun1)(char*,int);
pfun1=fun1;
....
....
inta=(*pfun1)( "abcdefg ",7);//通过函数指针调用函数。
可以把指针作为函数的形参。在函数调用语句中，可以用指针表达式来作为实参。
例十三：
intfun(char*);
inta;
charstr[]= "abcdefghijklmn ";
a=fun(str);
...
...
intfun(char*s)
{
intnum=0;
for(inti=0;i{
num+=*s;s++;
}
returnnum;
}
这个例子中的函数fun统计一个字符串中各个字符的ASCII码值之和。前面说了，数组的名字也是一个指针。在函数调用中，当把str作为实参传递给形参s后，实际是把str的值传递给了s，s所指向的地址就和str所指向的地址一致，但是str和s各自占用各自的存储空间。在函数体内对s进行自加1运算，并不意味着同时对str进行了自加1运算。
指针类型转换
当我们初始化一个指针或给一个指针赋值时，赋值号的左边是一个指针，赋值号的右边是一个指针表达式。在我们前面所举的例子中，绝大多数情况下，指针的类型和指针表达式的类型是一样的，指针所指向的类型和指针表达式所指向的类型是一样的。
例十四：
1、floatf=12.3;
2、float*fptr=&f;
3、int*p;
在上面的例子中，假如我们想让指针p指向实数f，应该怎么搞？是用下面的语句吗？

p=&f;

不对。因为指针p的类型是int*，它指向的类型是int。表达式&f的结果是一个指针，指针的类型是float*,它指向的类型是float。两者不一致，直接赋值的方法是不行的。至少在我的MSVC++6.0上，对指针的赋值语句要求赋值号两边的类型一致，所指向的类型也一致，其它的编译器上我没试过，大家可以试试。为了实现我们的目的，需要进行 "强制类型转换 "：
p=(int*)&f;
如果有一个指针p，我们需要把它的类型和所指向的类型改为TYEP*TYPE， 那么语法格式是：
(TYPE*)p；
这样强制类型转换的结果是一个新指针，该新指针的类型是TYPE*，它指向的类型是TYPE，它指向的地址就是原指针指向的地址。而原来的指针p的一切属性都没有被修改。
一个函数如果使用了指针作为形参，那么在函数调用语句的实参和形参的结合过程中，也会发生指针类型的转换。
例十五：
voidfun(char*);
inta=125,b;
fun((char*)&a);
...
...
voidfun(char*s)
{
charc;
c=*(s+3);*(s+3)=*(s+0);*(s+0)=c;
c=*(s+2);*(s+2)=*(s+1);*(s+1)=c;
}
}
注意这是一个32位程序，故int类型占了四个字节，char类型占一个字节。函数fun的作用是把一个整数的四个字节的顺序来个颠倒。注意到了吗？在函数调用语句中，实参&a的结果是一个指针，它的类型是int*，它指向的类型是int。形参这个指针的类型是char*，它指向的类型是char。这样，在实参和形参的结合过程中，我们必须进行一次从int*类型到char*类型的转换。结合这个例子，我们可以这样来想象编译器进行转换的过程：编译器先构造一个临时指针char*temp， 然后执行temp=(char*)&a，最后再把temp的值传递给s。所以最后的结果是：s的类型是char*,它指向的类型是char，它指向的地址就是a的首地址。

我们已经知道，指针的值就是指针指向的地址，在32位程序中，指针的值其实是一个32位整数。那可不可以把一个整数当作指针的值直接赋给指针呢？就象下面的语句：
unsignedinta;
TYPE*ptr;//TYPE是int，char或结构类型等等类型。
...
...
a=20345686;
ptr=20345686;//我们的目的是要使指针ptr指向地址20345686（十进制
）
ptr=a;//我们的目的是要使指针ptr指向地址20345686（十进制）
编译一下吧。结果发现后面两条语句全是错的。那么我们的目的就不能达到了吗？不，还有办法：
unsignedinta;
TYPE*ptr;//TYPE是int，char或结构类型等等类型。
...
...
a=某个数，这个数必须代表一个合法的地址；
ptr=(TYPE*)a；//呵呵，这就可以了。
严格说来这里的(TYPE*)和指针类型转换中的(TYPE*)还不一样。这里的(TYPE*)的意思是把无符号整数a的值当作一个地址来看待。上面强调了a的值必须代表一个合法的地址，否则的话，在你使用ptr的时候，就会出现非法操作错误。

想想能不能反过来，把指针指向的地址即指针的值当作一个整数取出来。完 全可以。下面的例子演示了把一个指针的值当作一个整数取出来，然后再把这个整数当作一个地址赋给一个指针：
例十六：
inta=123,b;
int*ptr=&a;
char*str;
b=(int)ptr;//把指针ptr的值当作一个整数取出来。
str=(char*)b;//把这个整数的值当作一个地址赋给指针str。
现在我们已经知道了，可以把指针的值当作一个整数取出来，也可以把一个整数值当作地址赋给一个指针。
指针的安全问题
看下面的例子：
例十七：
chars= 'a ';
int*ptr;
ptr=(int*)&s;
*ptr=1298；
指针ptr是一个int*类型的指针，它指向的类型是int。它指向的地址就是s的首地址。在32位程序中，s占一个字节，int类型占四个字节。最后一条语句不但改变了s所占的一个字节，还把和s相临的高地址方向的三个字节也改变了。这三个字节是干什么的？只有编译程序知道，而写程序的人是不太可能知道的。也许这三个字节里存储了非常重要的数据，也许这三个字节里正好是程序的一条代码，而由于你对指针的马虎应用，这三个字节的值被改变了！这会造成崩溃性的错误。
让我们再来看一例：
例十八：
1、chara;
2、int*ptr=&a;
...
...
3、ptr++;
4、*ptr=115;
该例子完全可以通过编译，并能执行。但是看到没有？第3句对指针ptr进行自加1运算后，ptr指向了和整形变量a相邻的高地址方向的一块存储区。这块存储区里是什么？我们不知道。有可能它是一个非常重要的数据，甚至可能是一条代码。而第4句竟然往这片存储区里写入一个数据！这是严重的错误。所以在使用指针时，程序员心里必须非常清楚：我的指针究竟指向了哪里。在用指针访问数组的时候，也要注意不要超出数组的低端和高端界限，否则也会造成类似的错误。
在指针的强制类型转换：ptr1=(TYPE*)ptr2中，如果sizeof(ptr2的类型)大于sizeof(ptr1的类型)，那么在使用指针ptr1来访问ptr2所指向的存储区时是安全的。如果sizeof(ptr2的类型)小于sizeof(ptr1的类型)，那么在使用指针ptr1来访问ptr2所指向的存储区时是不安全的。至于为什么，读者结合例十七来想一想，应该会明白的。

http://embedfans.com/C/2007181016375897.htm

摘录的别人的:

C语言所有复杂的指针声明，都是由各种声明嵌套构成的。如何解读复杂指针声明呢？右左法则是一个既著名又常用的方法。不过，右左法则其实并不是C标准里面的内容，它是从C标准的声明规定中归纳出来的方法。C标准的声明规则，是用来解决如何创建声明的，而右左法则是用来解决如何辩识一个声明的，两者可以说是相反的。右左法则的英文原文是这样说的：

The right-left rule: Start reading the declaration from the innermost parentheses, go right, and then go left. When you encounter parentheses, the direction should be reversed. Once everything in the parentheses has been parsed, jump out of it. Continue till the whole declaration has been parsed.

这段英文的翻译如下：

右左法则：首先从最里面的圆括号看起，然后往右看，再往左看。每当遇到圆括号时，就应该掉转阅读方向。一旦解析完圆括号里面所有的东西，就跳出圆括号。重复这个过程直到整个声明解析完毕。

笔者要对这个法则进行一个小小的修正，应该是从未定义的标识符开始阅读，而不是从括号读起，之所以是未定义的标识符，是因为一个声明里面可能有多个标识符，但未定义的标识符只会有一个。

现在通过一些例子来讨论右左法则的应用，先从最简单的开始，逐步加深：

int (*func)(int *p);

首先找到那个未定义的标识符，就是func，它的外面有一对圆括号，而且左边是一个*号，这说明func是一个指针，然后跳出这个圆括号，先看右边，也是一个圆括号，这说明(*func)是一个函数，而func是一个指向这类函数的指针，就是一个函数指针，这类函数具有int*类型的形参，返回值类型是int。

int (*func)(int *p, int (*f)(int*));

func被一对括号包含，且左边有一个*号，说明func是一个指针，跳出括号，右边也有个括号，那么func是一个指向函数的指针，这类函数具有int *和int (*)(int*)这样的形参，返回值为int类型。再来看一看func的形参int (*f)(int*)，类似前面的解释，f也是一个函数指针，指向的函数具有int*类型的形参，返回值为int。

int (*func[5])(int *p);

func右边是一个[]运算符，说明func是一个具有5个元素的数组，func的左边有一个*，说明func的元素是指针，要注意这里的*不是修饰func的，而是修饰func[5]的，原因是[]运算符优先级比*高，func先跟[]结合，因此*修饰的是func[5]。跳出这个括号，看右边，也是一对圆括号，说明func数组的元素是函数类型的指针，它所指向的函数具有int*类型的形参，返回值类型为int。

int (*(*func)[5])(int *p);

func被一个圆括号包含，左边又有一个*，那么func是一个指针，跳出括号，右边是一个[]运算符号，说明func是一个指向数组的指针，现在往左看，左边有一个*号，说明这个数组的元素是指针，再跳出括号，右边又有一个括号，说明这个数组的元素是指向函数的指针。总结一下，就是：func是一个指向数组的指针，这个数组的元素是函数指针，这些指针指向具有int*形参，返回值为int类型的函数。

int (*(*func)(int *p))[5];

func是一个函数指针，这类函数具有int*类型的形参，返回值是指向数组的指针，所指向的数组的元素是具有5个int元素的数组。

要注意有些复杂指针声明是非法的，例如：

int func(void) [5];

func是一个返回值为具有5个int元素的数组的函数。但C语言的函数返回值不能为数组，这是因为如果允许函数返回值为数组，那么接收这个数组的内容的东西，也必须是一个数组，但C语言的数组名是一个右值，它不能作为左值来接收另一个数组，因此函数返回值不能为数组。

int func[5](void);

func是一个具有5个元素的数组，这个数组的元素都是函数。这也是非法的，因为数组的元素除了类型必须一样外，每个元素所占用的内存空间也必须相同，显然函数是无法达到这个要求的，即使函数的类型一样，但函数所占用的空间通常是不相同的。

作为练习，下面列几个复杂指针声明给读者自己来解析，答案放在第十章里。

int (*(*func)[5][6])[7][8];

int (*(*(*func)(int *))[5])(int *);

int (*(*func[7][8][9])(int*))[5];

实际当中，需要声明一个复杂指针时，如果把整个声明写成上面所示的形式，对程序可读性是一大损害。应该用typedef来对声明逐层分解，增强可读性，例如对于声明：

int (*(*func)(int *p))[5];

可以这样分解：

typedef int (*PARA)[5];
typedef PARA (*func)(int *);

这样就容易看得多了。

Tags：C语言 指针
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