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深入理解C语言指针奥秘系列文章之二
作者:viphot  时间:2006-10-04 12:12 出处:软件屋 责编:月夜寒箫
              摘要:深入理解C语言指针奥秘系列文章之二
相信看了深入理解C语言指针奥秘系列文章之一,您一定有意犹未尽的感觉吧,想更深入的理解C语言指针的奥秘,跟我来吧!例八:
























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。

例九:

 

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。 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',等等。

下面总结一下数组的数组名的问题。声明了一个数组TYPEarray[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=0,1,2,....。)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。

例十:

 

intarray[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位程序中,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。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。

例十一:

 

structMyStruct
            {
             inta;
             intb;
             intc;
            }
            MyStructss={20,30,40};
            //声明了结构对象ss,
            并把ss的三个成员初始化为20,30和40。
            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。
            但是它的类型和它指向的类型和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;
            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,这样使用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:

例十二:

 

intarray[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,这是个不错的方法。通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。

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,应该怎么做?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;

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。

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