2、指针的算术运算

筅森魡賤 提交于 2020-04-01 03:18:51
 

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,以单元为单位。例如:

例二:

char a[20];

int *ptr=(int *)a; //强制类型转换并不会改变a 的类型

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

为指向整型变量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

4,因为在32 位程序中,int 4 个字节。由于地址是用字节做单位的,

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

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:

int array[20]={0};

int *ptr=array;

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

1 个单元,所以每次循环都能访问数组的下一个单元。

再看例子:

例四:

char a[20]="You_are_a_girl";

int *ptr=(int *)a;

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

值加上5 sizeof(int)32 位程序中就是加上了5 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

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

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。

如果上例中,ptr 是被减去5,那么处理过程大同小异,只不过ptr

值是被减去5 sizeof(int),新的ptr 指向的地址将比原来的ptr 所指向

的地址向低地址方向移动了20 个字节。

下面请允许我再举一个例子:(一个误区)

例五:

#include<stdio.h>

int main()

{

char a[20]=" You_are_a_girl";

char *p=a;

char **ptr=&p;

//printf("p=%d\n",p);

//printf("ptr=%d\n",ptr);

//printf("*ptr=%d\n",*ptr);

printf("**ptr=%c\n",**ptr);

ptr++;

//printf("ptr=%d\n",ptr);

//printf("*ptr=%d\n",*ptr);

printf("**ptr=%c\n",**ptr);

}

误区一、输出答案为Y o

误解:ptr 是一个char 的二级指针,当执行ptr++;,会使指针加一个

sizeof(char),所以输出如上结果,这个可能只是少部分人的结果.

误区二、输出答案为Y a

误解:ptr 指向的是一个char *类型,当执行ptr++;,会使指针加一个

sizeof(char *)(有可能会有人认为这个值为1,那就会得到误区一的答

,这个值应该是4,参考前面内容), &p+4; 那进行一次取值运算不

就指向数组中的第五个元素了吗?那输出的结果不就是数组中第五个元

素了吗?答案是否定的.

正解: ptr 的类型是char **,指向的类型是一个char *类型,该指向的

地址就是p的地址(&p),当执行ptr++;,会使指针加一个sizeof(char

*),&p+4;*(&p+4)指向哪呢,这个你去问上帝吧,或者他会告诉你在

?所以最后的输出会是一个随机的值,或许是一个非法操作.

总结一下:

一个指针ptrold ()一个整数n 后,结果是一个新的指针ptrnew

ptrnew 的类型和ptrold 的类型相同,ptrnew 所指向的类型和ptrold

所指向的类型也相同。ptrnew 的值将比ptrold 的值增加(减少)n

sizeof(ptrold 所指向的类型)个字节。就是说,ptrnew 所指向的内存

区将比ptrold 所指向的内存区向高()地址方向移动了n

sizeof(ptrold 所指向的类型)个字节。

指针和指针进行加减:

两个指针不能进行加法运算,这是非法操作,因为进行加法后,得到的

结果指向一个不知所向的地方,而且毫无意义。两个指针可以进行减法

操作,但必须类型相同,一般用在数组方面,不多说了。

3、运算符&*

这里&是取地址运算符,*是间接运算符。

&a 的运算结果是一个指针,指针的类型是a 的类型加个*,指针所

指向的类型是a 的类型,指针所指向的地址嘛,那就是a 的地址。

*p 的运算结果就五花八门了。总之*p 的结果是p 所指向的东西,

这个东西有这些特点:它的类型是p 指向的类型,它所占用的地址是p

所指向的地址。

例六:

int a=12; int b; int *p; int **ptr;

p=&a; //&a 的结果是一个指针,类型是int*,指向的类型是

//int,指向的地址是a 的地址。

*p=24; //*p 的结果,在这里它的类型是int,它所占用的地址是

//p 所指向的地址,显然,*p 就是变量a

ptr=&p; //&p 的结果是个指针,该指针的类型是p 的类型加个*

//在这里是int **。该指针所指向的类型是p 的类型,这

//里是int*。该指针所指向的地址就是指针p 自己的地址。

*ptr=&b; //*ptr 是个指针,&b 的结果也是个指针,且这两个指针

//的类型和所指向的类型是一样的,所以用&b 来给*ptr

//值就是毫无问题的了。

**ptr=34; //*ptr 的结果是ptr 所指向的东西,在这里是一个指针,

//对这个指针再做一次*运算,结果是一个int 类型的变量。

4、指针表达式

一个表达式的结果如果是一个指针,那么这个表达式就叫指针表式。

下面是一些指针表达式的例子:

例七:

int a,b;

int array[10];

int *pa;

pa=&a; //&a 是一个指针表达式。

Int **ptr=&pa; //&pa 也是一个指针表达式。

*ptr=&b; //*ptr &b 都是指针表达式。

pa=array;

pa++; //这也是指针表达式。

例八:

char *arr[20];

char **parr=arr; //如果把arr 看作指针的话,arr 也是指针表达式

char *str;

str=*parr; //*parr 是指针表达式

str=*(parr+1); //*(parr+1)是指针表达式

str=*(parr+2); //*(parr+2)是指针表达式

由于指针表达式的结果是一个指针,所以指针表达式也具有指针所

具有的四个要素:指针的类型,指针所指向的类型,指针指向的内存区,

指针自身占据的内存。

好了,当一个指针表达式的结果指针已经明确地具有了指针自身占

据的内存的话,这个指针表达式就是一个左值,否则就不是一个左值。

在例七中,&a 不是一个左值,因为它还没有占据明确的内存。*ptr

一个左值,因为*ptr 这个指针已经占据了内存,其实*ptr 就是指针pa

既然pa 已经在内存中有了自己的位置,那么*ptr 当然也有了自己的位

置。

5、数组和指针的关系

数组的数组名其实可以看作一个指针。看下例:

例九:

intarray[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},value;

value=array[0]; //也可写成:value=*array;

value=array[3]; //也可写成:value=*(array+3);

value=array[4]; //也可写成:value=*(array+4);

上例中,一般而言数组名array 代表数组本身,类型是int[10],但如

果把array 看做指针的话,它指向数组的第0 个单元,类型是int*

所指向的类型是数组单元的类型即int因此*array 等于0 就一点也不

奇怪了。同理,array+3 是一个指向数组第3 个单元的指针,所以

*(array+3)等于3。其它依此类推。

例十:

char *str[3]={

"Hello,thisisasample!",

"Hi,goodmorning.",

"Helloworld"

};

chars[80]

strcpy(s,str[0]); //也可写成strcpy(s,*str);

strcpy(s,str[1]); //也可写成strcpy(s,*(str+1));

strcpy(s,str[2]); //也可写成strcpy(s,*(str+2));

上例中,str 是一个三单元的数组,该数组的每个单元都是一个指针,

这些指针各指向一个字符串。把指针数组名str 当作一个指针的话,它

指向数组的第0 号单元,它的类型是char **,它指向的类型是char *

*str 也是一个指针,它的类型是char *,它所指向的类型是char,它

指向的地址是字符串"Hello,thisisasample!"的第一个字符的地址,即

'H'的地址。注意:字符串相当于是一个数组,在内存中以数组的形式储

,只不过字符串是一个数组常量,内容不可改变,且只能是右值.如果

看成指针的话,他即是常量指针,也是指针常量.

str+1 也是一个指针,它指向数组的第1 号单元,它的类型是char**

它指向的类型是char*

*(str+1)也是一个指针,它的类型是char*,它所指向的类型是char

它指向"Hi,goodmorning."的第一个字符'H'

下面总结一下数组的数组名(数组中储存的也是数组)的问题:

声明了一个数组TYPE array[n],则数组名称array 就有了两重含义:

第一,它代表整个数组,它的类型是TYPE[n];第二,它是一个常量

指针,该指针的类型是TYPE*,该指针指向的类型是TYPE,也就是数组

单元的类型,该指针指向的内存区就是数组第0 号单元,该指针自己占

有单独的内存区,注意它和数组第0 号单元占据的内存区是不同的。该

指针的值是不能修改的,即类似array++的表达式是错误的。

在不同的表达式中数组名array 可以扮演不同的角色。

在表达式sizeof(array)中,数组名array 代表数组本身,故这时

sizeof 函数测出的是整个数组的大小。

在表达式*array 中,array 扮演的是指针,因此这个表达式的结果就是

数组第0 号单元的值。sizeof(*array)测出的是数组单元的大小。

表达式array+n(其中n=012.....)中,array 扮演的是指

针,故array+n 的结果是一个指针,它的类型是TYPE *,它指向的类

型是TYPE,它指向数组第n 号单元。故sizeof(array+n)测出的是指针

类型的大小。在32 位程序中结果是4

例十一:

int array[10];

int (*ptr)[10];

ptr=&array;

上例中ptr 是一个指针,它的类型是int(*)[10],他指向的类型是

int[10] ,我们用整个数组的首地址来初始化它。在语句ptr=&array

中,array 代表数组本身。

本节中提到了函数sizeof(),那么我来问一问,sizeof(指针名称)

测出的究竟是指针自身类型的大小呢还是指针所指向的类型的大小?

答案是前者。例如:

int(*ptr)[10];

则在32 程序中,有:

sizeof(int(*)[10])==4

sizeof(int[10])==40

sizeof(ptr)==4

实际上,sizeof(对象)测出的都是对象自身的类型的大小,而不是别的

什么类型的大小。

6、指针和结构类型的关系

可以声明一个指向结构类型对象的指针。

例十二:

struct MyStruct

{

int a;

int b;

int c;

};

struct MyStruct ss={20,30,40};

//声明了结构对象ss,并把ss 的成员初始化为2030 40

struct MyStruct *ptr=&ss;

//声明了一个指向结构对象ss 的指针。它的类型是

//MyStruct *,它指向的类型是MyStruct

int *pstr=(int*)&ss;

//声明了一个指向结构对象ss 的指针。但是pstr

//它被指向的类型ptr 是不同的。

请问怎样通过指针ptr 来访问ss 的三个成员变量?

答案:

ptr->a; //指向运算符,或者可以这们(*ptr).a,建议使用前者

ptr->b;

ptr->c;

又请问怎样通过指针pstr 来访问ss 的三个成员变量?

答案:

*pstr //访问了ss 的成员a

*(pstr+1); //访问了ss 的成员b

*(pstr+2) //访问了ss 的成员c

虽然我在我的MSVC++6.0 上调式过上述代码,但是要知道,这样使

pstr 来访问结构成员是不正规的,为了说明为什么不正规,让我们

看看怎样通过指针来访问数组的各个单元: (将结构体换成数组)

例十三:

int array[3]={35,56,37};

int *pa=array;

通过指针pa 访问数组array 的三个单元的方法是:

*pa; //访问了第0 号单元

*(pa+1); //访问了第1 号单元

*(pa+2); //访问了第2 号单元

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。

不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

方法。

7、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。

int fun1(char *,int);

int (*pfun1)(char *,int);

pfun1=fun1;

int a=(*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。

例十四:

int fun(char *);

inta;

char str[]="abcdefghijklmn";

a=fun(str);

int fun(char *s)

{

int num=0;

for(int i=0;;)

{

num+=*s;s++;

}

return num;

}

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ss 所指向的

地址就和str 所指向的地址一致,但是str 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

1 运算。

8、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。

例十五:

float f=12.3;

float *fptr=&f;

int *p;

在上面的例子中,假如我们想让指针p 指向实数f,应该怎么办?

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

"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。

原来的指针p 的一切属性都没有被修改。(切记)

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,必须保证类型一致,否则需要强制转换

例十六:

void fun(char*);

int a=125,b;

fun((char*)&a);

void fun(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:

unsigned int a;

TYPE *ptr; //TYPE intchar 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

ptr=a; //我们的目的是要使指针ptr 指向地址20345686

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:

unsigned int a;

TYPE *ptr; //TYPE intchar 或结构类型等等类型。

a=N //N 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

(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:

例十七:

int a=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。

9、指针的安全问题

看下面的例子:

例十八:

char s='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:

例十九:

char a;

int *ptr=&a;

ptr++;

*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

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,读者结合例十八来想一想,应该会明

白的。

10、结束语

现在你是否已经觉得指针再也不是你所想的那么害怕了,如果你的回

答是:对,我不怕了!哈哈,恭喜你,你已经掌握C 语言的精华了,C

中唯一的难点就是指针,指针搞定其它小菜而已,重要的是实践,好

吧,让我们先暂停C 的旅程吧,开始我们的C++编程,C 是对底层操作

非常方便的语言,但开发大型程序本人觉得还是没有C++方便,至少维

护方面不太好做。而且C++是面向对象的语言,现在基本已经是面向对

象的天下了,所以建议学C++C++是一门难学易用的语言,要真正掌

C++可不是那么容易的,将基本的学完后,就学数据结构吧,算法才

是永恒的,程序设计语言层出不穷,永远学不完。学完之后就认真啃

STL 这根骨头吧,推荐书籍--------范型编程与STL STL 源码剖

析。如果你达到了这样要求,再一次恭喜你,你已经是个程序高手了,

甚至可以说是个算法高手,因为STL 里有大量的精华而高效的算法。

唉,已经该说再见的时候了,让我们一起用我们的语言来谱写我们的

人生吧,最后笑个,哈哈,睡觉了。好累,都200 __

6:20:52
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