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C语言指针(下)-C语言教程

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指针是C语言中广泛使用的一种数据类型。运用指针编程是C语言最主要的风格之一。利用指针变量可以表示各种数据结构;能很方便地使用数组和字符串;并能象汇编语言一样处理内存地址,从而编出精练而高效的程序。指针极大地丰富了C语言的功能。学习指针是学习C语言中最重要的一环,能否正确理解和使用指针是我们是否掌握C语言的一个标志。
10.4 字符串的指针指向字符串的针指变量
10.4.1 字符串的表示形式
  在C语言中,可以用两种方法访问一个字符串。
1) 用字符数组存放一个字符串,然后输出该字符串。
【例10.24】
main(){  char string[]=”I love China!”;  printf("%s\n",string);}
说明:和前面介绍的数组属性一样,string是数组名,它代表字符数组的首地址。
 
2) 用字符串指针指向一个字符串。
【例10.25】
main(){
  char *string=”I love China!”;
  printf("%s\n",string);
}
 
字符串指针变量的定义说明与指向字符变量的指针变量说明是相同的。只能按对指针变量的赋值不同来区别。对指向字符变量的指针变量应赋予该字符变量的地址。
如:
    char c,*p=&c;
表示p是一个指向字符变量c的指针变量。
而:
    char *s="C Language";
则表示s是一个指向字符串的指针变量。把字符串的首地址赋予s。
上例中,首先定义string是一个字符指针变量,然后把字符串的首地址赋予string(应写出整个字符串,以便编译系统把该串装入连续的一块内存单元),并把首地址送入string。程序中的:
char *ps="C Language";
等效于:
char *ps;
ps="C Language";
【例10.26】输出字符串中n个字符后的所有字符。
main(){  char *ps="this is a book";  int n=10;  ps=ps+n;  printf("%s\n",ps);}
运行结果为:
book
在程序中对ps初始化时,即把字符串首地址赋予ps,当ps= ps+10之后,ps指向字符“b”,因此输出为"book"。
【例10.27】在输入的字符串中查找有无‘k’字符。
main(){  char st[20],*ps;  int i;  printf("input a string:\n");  ps=st;  scanf("%s",ps);  for(i=0;ps[i]!='\0';i++)    if(ps[i]=='k'){       printf("there is a 'k' in the string\n");       break;    }  if(ps[i]=='\0') printf("There is no 'k' in the string\n");}
【例10.28】本例是将指针变量指向一个格式字符串,用在printf函数中,用于输出二维数组的各种地址表示的值。但在printf语句中用指针变量PF代替了格式串。 这也是程序中常用的方法。
main(){  static int a[3][4]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};  char *PF;  PF="%d,%d,%d,%d,%d\n";  printf(PF,a,*a,a[0],&a[0],&a[0][0]);  printf(PF,a+1,*(a+1),a[1],&a[1],&a[1][0]);  printf(PF,a+2,*(a+2),a[2],&a[2],&a[2][0]);  printf("%d,%d\n",a[1]+1,*(a+1)+1);  printf("%d,%d\n",*(a[1]+1),*(*(a+1)+1));}
【例10.29】本例是把字符串指针作为函数参数的使用。要求把一个字符串的内容复制到另一个字符串中,并且不能使用strcpy函数。函数cprstr的形参为两个字符指针变量。pss指向源字符串,pds指向目标字符串。注意表达式:(*pds=*pss)!=`\0'的用法。
cpystr(char *pss,char *pds){  while((*pds=*pss)!='\0'){      pds++;      pss++; } }main(){  char *pa="CHINA",b[10],*pb;  pb=b;  cpystr(pa,pb);  printf("string a=%s\nstring b=%s\n",pa,pb);}
在本例中,程序完成了两项工作:一是把pss指向的源字符串复制到pds所指向的目标字符串中,二是判断所复制的字符是否为`\0',若是则表明源字符串结束,不再循环。否则,pds和pss都加1,指向下一字符。在主函数中,以指针变量pa,pb为实参,分别取得确定值后调用cprstr函数。由于采用的指针变量pa和pss,pb和pds均指向同一字符串,因此在主函数和cprstr函数中均可使用这些字符串。也可以把cprstr函数简化为以下形式:
    cprstr(char *pss,char*pds)
      {while ((*pds++=*pss++)!=`\0');}
    即把指针的移动和赋值合并在一个语句中。 进一步分析还可发现`\0'的ASCⅡ码为0,对于while语句只看表达式的值为非0就循环,为0则结束循环,因此也可省去“!=`\0'”这一判断部分,而写为以下形式:
      cprstr (char *pss,char *pds)
{while (*pdss++=*pss++);}
表达式的意义可解释为,源字符向目标字符赋值,移动指针,若所赋值为非0则循环,否则结束循环。这样使程序更加简洁。
【例10.30】简化后的程序如下所示。
cpystr(char *pss,char *pds){    while(*pds++=*pss++);}main(){  char *pa="CHINA",b[10],*pb;  pb=b;  cpystr(pa,pb);  printf("string a=%s\nstring b=%s\n",pa,pb);}
10.4.2 使用字符串指针变量与字符数组的区别
    用字符数组和字符指针变量都可实现字符串的存储和运算。但是两者是有区别的。在使用时应注意以下几个问题:
1. 字符串指针变量本身是一个变量,用于存放字符串的首地址。而字符串本身是存放在以该首地址为首的一块连续的内存空间中并以‘\0’作为串的结束。字符数组是由于若干个数组元素组成的,它可用来存放整个字符串。
2. 对字符串指针方式
char *ps="C Language";
可以写为:
    char *ps;
ps="C Language";
而对数组方式:
    static char st[]={"C Language"};
不能写为:
    char st[20];
    st={"C Language"};
而只能对字符数组的各元素逐个赋值。
     从以上几点可以看出字符串指针变量与字符数组在使用时的区别,同时也可看出使用指针变量更加方便。
前面说过,当一个指针变量在未取得确定地址前使用是危险的,容易引起错误。但是对指针变量直接赋值是可以的。因为C系统对指针变量赋值时要给以确定的地址。
因此,
    char *ps="C Langage";
或者
    char *ps;
    ps="C Language";
都是合法的。
10.5 函数指针变量
    在C语言中,一个函数总是占用一段连续的内存区,而函数名就是该函数所占内存区的首地址。我们可以把函数的这个首地址(或称入口地址)赋予一个指针变量,使该指针变量指向该函数。然后通过指针变量就可以找到并调用这个函数。我们把这种指向函数的指针变量称为“函数指针变量”。
函数指针变量定义的一般形式为:
类型说明符  (*指针变量名)();
其中“类型说明符”表示被指函数的返回值的类型。“(* 指针变量名)”表示“*”后面的变量是定义的指针变量。最后的空括号表示指针变量所指的是一个函数。
例如:
    int (*pf)();
表示pf是一个指向函数入口的指针变量,该函数的返回值(函数值)是整型。
【例10.31】本例用来说明用指针形式实现对函数调用的方法。
int max(int a,int b){  if(a>b)return a;  else return b;}main(){  int max(int a,int b);  int(*pmax)();  int x,y,z;  pmax=max;  printf("input two numbers:\n");  scanf("%d%d",&x,&y);  z=(*pmax)(x,y);  printf("maxmum=%d",z);}
   从上述程序可以看出用,函数指针变量形式调用函数的步骤如下:
1) 先定义函数指针变量,如后一程序中第9行 int (*pmax)();定义 pmax为函数指针变量。
2) 把被调函数的入口地址(函数名)赋予该函数指针变量,如程序中第11行 pmax=max;
3) 用函数指针变量形式调用函数,如程序第14行 z=(*pmax)(x,y);
4) 调用函数的一般形式为:
    (*指针变量名) (实参表)
使用函数指针变量还应注意以下两点:
a) 函数指针变量不能进行算术运算,这是与数组指针变量不同的。数组指针变量加减一个整数可使指针移动指向后面或前面的数组元素,而函数指针的移动是毫无意义的。
b) 函数调用中"(*指针变量名)"的两边的括号不可少,其中的*不应该理解为求值运算,在此处它只是一种表示符号。
10.6 指针型函数
    前面我们介绍过,所谓函数类型是指函数返回值的类型。在C语言中允许一个函数的返回值是一个指针(即地址),这种返回指针值的函数称为指针型函数。
定义指针型函数的一般形式为:
    类型说明符 *函数名(形参表)  
    {  
        ……          /*函数体*/
    }  
其中函数名之前加了“*”号表明这是一个指针型函数,即返回值是一个指针。类型说明符表示了返回的指针值所指向的数据类型。
如:
    int *ap(int x,int y)
    {
      ......       /*函数体*/
}
表示ap是一个返回指针值的指针型函数,它返回的指针指向一个整型变量。
【例10.32】本程序是通过指针函数,输入一个1~7之间的整数,输出对应的星期名。
main(){  int i;  char *day_name(int n);     printf("input Day No:\n");  scanf("%d",&i);  if(i<0) exit(1);  printf("Day No:%2d-->%s\n",i,day_name(i));}char *day_name(int n){  static char *name[]={ "Illegal day",                        "Monday",                        "Tuesday",                        "Wednesday",                        "Thursday",                        "Friday",                        "Saturday",                        "Sunday"};  return((n<1||n>7) ? name[0] : name[n]);}
本例中定义了一个指针型函数day_name,它的返回值指向一个字符串。该函数中定义了一个静态指针数组name。name数组初始化赋值为八个字符串,分别表示各个星期名及出错提示。形参n表示与星期名所对应的整数。在主函数中,把输入的整数i作为实参,在printf语句中调用day_name函数并把i值传送给形参n。day_name函数中的return语句包含一个条件表达式,n值若大于7或小于1则把name[0]指针返回主函数输出出错提示字符串“Illegal day”。否则返回主函数输出对应的星期名。主函数中的第7行是个条件语句,其语义是,如输入为负数(i<0)则中止程序运行退出程序。exit是一个库函数,exit(1)表示发生错误后退出程序,exit(0)表示正常退出。
应该特别注意的是函数指针变量和指针型函数这两者在写法和意义上的区别。如int(*p)()和int *p()是两个完全不同的量。
int (*p)()是一个变量说明,说明p是一个指向函数入口的指针变量,该函数的返回值是整型量,(*p)的两边的括号不能少。
int *p()则不是变量说明而是函数说明,说明p是一个指针型函数,其返回值是一个指向整型量的指针,*p两边没有括号。作为函数说明,在括号内最好写入形式参数,这样便于与变量说明区别。
对于指针型函数定义,int *p()只是函数头部分,一般还应该有函数体部分。
10.7 指针数组和指向指针的指针
10.7.1 指针数组的概念
    一个数组的元素值为指针则是指针数组。 指针数组是一组有序的指针的集合。 指针数组的所有元素都必须是具有相同存储类型和指向相同数据类型的指针变量。
指针数组说明的一般形式为:
    类型说明符 *数组名[数组长度]
其中类型说明符为指针值所指向的变量的类型。
例如:
int *pa[3]
表示pa是一个指针数组,它有三个数组元素,每个元素值都是一个指针,指向整型变量。
 【例10.33】通常可用一个指针数组来指向一个二维数组。指针数组中的每个元素被赋予二维数组每一行的首地址,因此也可理解为指向一个一维数组。
main(){int a[3][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};int *pa[3]={a[0],a[1],a[2]};int *p=a[0];  int i;  for(i=0;i<3;i++)      printf("%d,%d,%d\n",a[i][2-i],*a[i],*(*(a+i)+i));  for(i=0;i<3;i++)      printf("%d,%d,%d\n",*pa[i],p[i],*(p+i));}
本例程序中,pa是一个指针数组,三个元素分别指向二维数组a的各行。然后用循环语句输出指定的数组元素。其中*a[i]表示i行0列元素值;*(*(a+i)+i)表示i行i列的元素值;*pa[i]表示i行0列元素值;由于p与a[0]相同,故p[i]表示0行i列的值;*(p+i)表示0行i列的值。读者可仔细领会元素值的各种不同的表示方法。 
应该注意指针数组和二维数组指针变量的区别。这两者虽然都可用来表示二维数组,但是其表示方法和意义是不同的。
二维数组指针变量是单个的变量,其一般形式中"(*指针变量名)"两边的括号不可少。而指针数组类型表示的是多个指针(一组有序指针)在一般形式中"*指针数组名"两边不能有括号。
例如:
    int (*p)[3];
表示一个指向二维数组的指针变量。该二维数组的列数为3或分解为一维数组的长度为3。
    int *p[3]
表示p是一个指针数组,有三个下标变量p[0],p[1],p[2]均为指针变量。
指针数组也常用来表示一组字符串,这时指针数组的每个元素被赋予一个字符串的首地址。指向字符串的指针数组的初始化更为简单。例如在例10.32中即采用指针数组来表示一组字符串。其初始化赋值为:
    char *name[]={"Illagal day",
                  "Monday",
                  "Tuesday",
                  "Wednesday",
                  "Thursday",
                  "Friday",
                  "Saturday",
                  "Sunday"};
    完成这个初始化赋值之后,name[0]即指向字符串"Illegal day",name[1]指向"Monday"......。
指针数组也可以用作函数参数。
【例10.34】指针数组作指针型函数的参数。在本例主函数中,定义了一个指针数组name,并对name 作了初始化赋值。其每个元素都指向一个字符串。然后又以name作为实参调用指针型函数day_name,在调用时把数组名name赋予形参变量name,输入的整数i作为第二个实参赋予形参n。在day_ name函数中定义了两个指针变量pp1和pp2,pp1被赋予name[0]的值(即*name),pp2被赋予name[n]的值即*(name+ n)。由条件表达式决定返回pp1或pp2指针给主函数中的指针变量ps。最后输出i和ps的值。
main(){  static char *name[]={ "Illegal day",                        "Monday",                        "Tuesday",                        "Wednesday",                        "Thursday",                        "Friday",                        "Saturday",                        "Sunday"};  char *ps;  int i;  char *day_name(char *name[],int n);  printf("input Day No:\n");  scanf("%d",&i);  if(i<0) exit(1);  ps=day_name(name,i);  printf("Day No:%2d-->%s\n",i,ps);}char *day_name(char *name[],int n){  char *pp1,*pp2;  pp1=*name;  pp2=*(name+n);  return((n<1||n>7)? pp1:pp2);}
【例10.35】输入5个国名并按字母顺序排列后输出。现编程如下:
#include"string.h"main(){  void sort(char *name[],int n);  void print(char *name[],int n);  static char *name[]={ "CHINA","AMERICA","AUSTRALIA",                        "FRANCE","GERMAN"};  int n=5;  sort(name,n);  print(name,n);}void sort(char *name[],int n){  char *pt;  int i,j,k;  for(i=0;i<n-1;i++){      k=i;      for(j=i+1;j<n;j++)          if(strcmp(name[k],name[j])>0) k=j;      if(k!=i){          pt=name[i];          name[i]=name[k];          name[k]=pt;      }  }}void print(char *name[],int n){  int i;  for (i=0;i<n;i++) printf("%s\n",name[i]);}
说明:
在以前的例子中采用了普通的排序方法,逐个比较之后交换字符串的位置。交换字符串的物理位置是通过字符串复制函数完成的。反复的交换将使程序执行的速度很慢,同时由于各字符串(国名)的长度不同,又增加了存储管理的负担。用指针数组能很好地解决这些问题。把所有的字符串存放在一个数组中,把这些字符数组的首地址放在一个指针数组中,当需要交换两个字符串时,只须交换指针数组相应两元素的内容(地址)即可,而不必交换字符串本身。
本程序定义了两个函数,一个名为sort完成排序,其形参为指针数组name,即为待排序的各字符串数组的指针。形参n为字符串的个数。另一个函数名为print,用于排序后字符串的输出,其形参与sort的形参相同。主函数main中,定义了指针数组name 并作了初始化赋值。然后分别调用sort函数和print函数完成排序和输出。值得说明的是在sort函数中,对两个字符串比较,采用了strcmp函数,strcmp函数允许参与比较的字符串以指针方式出现。name[k]和name[j]均为指针,因此是合法的。字符串比较后需要交换时,只交换指针数组元素的值,而不交换具体的字符串,这样将大大减少时间的开销,提高了运行效率。
10.7.2 指向指针的指针
    如果一个指针变量存放的又是另一个指针变量的地址,则称这个指针变量为指向指针的指针变量。
在前面已经介绍过,通过指针访问变量称为间接访问。由于指针变量直接指向变量,所以称为“单级间址”。而如果通过指向指针的指针变量来访问变量则构成“二级间址”。
 
从下图可以看到,name是一个指针数组,它的每一个元素是一个指针型数据,其值为地址。Name是一个数据,它的每一个元素都有相应的地址。数组名name代表该指针数组的首地址。name+1是mane[i]的地址。name+1就是指向指针型数据的指针(地址)。还可以设置一个指针变量p,使它指向指针数组元素。P就是指向指针型数据的指针变量。
怎样定义一个指向指针型数据的指针变量呢?如下:
char **p;
p前面有两个*号,相当于*(*p)。显然*p是指针变量的定义形式,如果没有最前面的*,那就是定义了一个指向字符数据的指针变量。现在它前面又有一个*号,表示指针变量p是指向一个字符指针型变量的。*p就是p所指向的另一个指针变量。
从下图可以看到,name是一个指针数组,它的每一个元素是一个指针型数据,其值为地址。name是一个数组,它的每一个元素都有相应的地址。数组名name代表该指针数组的首地址。name+1是mane[i]的地址。name+1就是指向指针型数据的指针(地址)。还可以设置一个指针变量p,使它指向指针数组元素。P就是指向指针型数据的指针变量。
 
如果有:
p=name+2;
printf(“%o\n”,*p);
printf(“%s\n”,*p);
则,第一个printf函数语句输出name[2]的值(它是一个地址),第二个printf函数语句以字符串形式(%s)输出字符串“Great Wall”。
【例10.36】使用指向指针的指针。
main(){char *name[]={"Follow me","BASIC","Great Wall","FORTRAN","Computer desighn"}; char **p; int i; for(i=0;i<5;i++)   {p=name+i;    printf("%s\n",*p);   }}
说明:
p是指向指针的指针变量。
【例10.37】一个指针数组的元素指向数据的简单例子。
main(){static int a[5]={1,3,5,7,9}; int *num[5]={&a[0],&a[1],&a[2],&a[3],&a[4]}; int **p,i; p=num; for(i=0;i<5;i++)   {printf("%d\t",**p);p++;}}
说明:
    指针数组的元素只能存放地址。
10.7.3 main函数的参数
前面介绍的main函数都是不带参数的。因此main 后的括号都是空括号。实际上,main函数可以带参数,这个参数可以认为是 main函数的形式参数。C语言规定main函数的参数只能有两个,习惯上这两个参数写为argc和argv。因此,main函数的函数头可写为:
    main (argc,argv)
C语言还规定argc(第一个形参)必须是整型变量,argv( 第二个形参)必须是指向字符串的指针数组。加上形参说明后,main函数的函数头应写为:
    main (int argc,char *argv[])
    由于main函数不能被其它函数调用,因此不可能在程序内部取得实际值。那么,在何处把实参值赋予main函数的形参呢? 实际上,main函数的参数值是从操作系统命令行上获得的。当我们要运行一个可执行文件时,在DOS提示符下键入文件名,再输入实际参数即可把这些实参传送到main的形参中去。
DOS提示符下命令行的一般形式为:
    C:\>可执行文件名  参数  参数……;  
    但是应该特别注意的是,main 的两个形参和命令行中的参数在位置上不是一一对应的。因为,main的形参只有二个,而命令行中的参数个数原则上未加限制。argc参数表示了命令行中参数的个数(注意:文件名本身也算一个参数),argc的值是在输入命令行时由系统按实际参数的个数自动赋予的。
例如有命令行为:
    C:\>E24  BASIC  foxpro  FORTRAN
由于文件名E24本身也算一个参数,所以共有4个参数,因此argc取得的值为4。argv参数是字符串指针数组,其各元素值为命令行中各字符串(参数均按字符串处理)的首地址。 指针数组的长度即为参数个数。数组元素初值由系统自动赋予。其表示如图所示:
 
【例10.38】
main(int argc,char *argv){  while(argc-->1)      printf("%s\n",*++argv);}
本例是显示命令行中输入的参数。如果上例的可执行文件名为e24.exe,存放在A驱动器的盘内。因此输入的命令行为:
    C:\>a:e24 BASIC foxpro FORTRAN 
则运行结果为:
BASIC
foxpro
FORTRAN
该行共有4个参数,执行main时,argc的初值即为4。argv的4个元素分为4个字符串的首地址。执行while语句,每循环一次argv值减1,当argv等于1时停止循环,共循环三次,因此共可输出三个参数。在printf函数中,由于打印项*++argv是先加1再打印, 故第一次打印的是argv[1]所指的字符串BASIC。第二、三次循环分别打印后二个字符串。而参数e24是文件名,不必输出。
10.8 有关指针的数据类型和指针运算的小结
10.8.1 有关指针的数据类型的小结

定义

   

int i;

定义整型变量i

int *p

p为指向整型数据的指针变量

int a[n];

定义整型数组a,它有n个元素

int *p[n];

定义指针数组p,它由n个指向整型数据的指针元素组成

int (*p)[n];

p为指向含n个元素的一维数组的指针变量

int f();

f为带回整型函数值的函数

int *p();

p为带回一个指针的函数,该指针指向整型数据

int (*p)();

p为指向函数的指针,该函数返回一个整型值

int **p;

P是一个指针变量,它指向一个指向整型数据的指针变量

10.8.2 指针运算的小结
现把全部指针运算列出如下:
1) 指针变量加(减)一个整数:
例如:p++、p--、p+i、p-i、p+=i、p-=i
一个指针变量加(减)一个整数并不是简单地将原值加(减)一个整数,而是将该指针变量的原值(是一个地址)和它指向的变量所占用的内存单元字节数加(减)。
2) 指针变量赋值:将一个变量的地址赋给一个指针变量。
p=&a;        (将变量a的地址赋给p)
p=array;      (将数组array的首地址赋给p)
p=&array[i];   (将数组array第i个元素的地址赋给p)
p=max;       (max为已定义的函数,将max的入口地址赋给p)
p1=p2;        (p1和p2都是指针变量,将p2的值赋给p1)
注意:不能如下:
p=1000;
3) 指针变量可以有空值,即该指针变量不指向任何变量:
p=NULL;
4) 两个指针变量可以相减:如果两个指针变量指向同一个数组的元素,则两个指针变量值之差是两个指针之间的元素个数。
5) 两个指针变量比较:如果两个指针变量指向同一个数组的元素,则两个指针变量可以进行比较。指向前面的元素的指针变量“小于” 指向后面的元素的指针变量。
10.8.3 void指针类型
ANSI新标准增加了一种“void”指针类型,即可以定义一个指针变量,但不指定它是指向哪一种类型数据。
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