嵌入式Linux C語言（二）――指針

嵌入式Linux C語言（二）――指針

指針是C語言中廣泛使用的一種數據類型，是C語言的靈魂。指針提供了動態操控內存的機制，強化了對數據結構的支持，而且實現了訪問硬件的功能。學習指針是學習C語言中最重要的一環，能否正確理解和使用指針是我們是否掌握C語言的一個標志。

一、指針的概念

在計算機中，所有的數據都是存放在內存中的，一般把內存中的一個字節稱為一個內存單元，不同的數據類型所占用的內存單元數不一樣，如int占用4個字 節，char占用1個字節。為了正確地訪問內存單元，必須為每個內存單元編上號。每個內存單元的編號是唯一的，根據編號可以准確地找到該內存單元。內存單元的編號叫做地址（Address），也稱為指針（Pointer）。因此理解指針的關鍵在於理解C程序如何管理內存。內存單元的指針和內存單元的內容是兩個不同的概念。 可以用一個通俗的例子來說明它們之間的關系。我們每個人都有一個編號唯一的身份證賬戶，身份證存儲了我們每個人的身份信息，身份證號碼就是賬戶的指針， 身份信息是賬戶的內容。對於一個內存單元來說，單元的地址（編號）即為指針，其中存放的數據才是該單元的內容。
在C語言中，存放指針的變量稱為指針變量。一個指針變量的值就是某個內存單元的地址或稱為某內存單元的指針。
設有字符變量c，其內容為 'K'（ASCII碼為十進制數 75），c占用了0X11A號內存單元（地址通常用十六進數表示）。設有指針變量p，內容為 0X11A，這種情況我們稱為p指向變量c，或說p是指向變量c的指針。

二、C語言指針類型分析

1、C語言常見指針類型分析

int p; 這是一個普通的整型變量
int *p; 首先從P處開始,先與*結合,所以說明P是一個指針,然後再與int結合,說明指針所指向的內容的類型為int 型.所以 P是一個返回整型數據的指針
int p[3]; 首先從P處開始,先與[]結合,說明P 是一個數組,然後與int結合,說明數組裡的元素是整型的,所以 P是一個由整型數據組成的數組
int *p[3]; 首先從P處開始,先與[]結合,因為其優先級比*高,所以P是一個數組,然後再與*結合,說明數組裡的元素是指針類型,然後再與 int結合,說明指針所指向的內容的類型是整型的,所以是一個由返回整型數據的指針所組成的數組
int (*p)[3]; 首先從P處開始,先與*結合,說明P是一個指針然後再與[]結合(與"()"這步可以忽略,只是為了改變優先級),說明指針所指向的內容是一個數組,然後再與int 結合,說明數組裡的元素是整型的.所以P是一個指向由整型數據組成的數組的指針
int **p; 首先從 P開始,先與*結合,說明P是一個指針,然後再與*結合,說明指針所指向的元素是指針,然後再與 int結合,說明該指針所指向的元素是整型數據. 所以P是一個返回指向整型數據的指針的指針
int p(int); 從P處起,先與()結合,說明P是一個函數,然後進入()裡分析,說明該函數有一個整型變量的參數然後再與外面的int 結合,說明函數的返回值是一個整型數據.所以P是一個有整型參數且返回類型為整型的函數
int (*p)(int); 從P處開始,先與指針結合,說明P是一個指針,然後與()結合,說明指針指向的是一個函數,然後再與()裡的int 結合,說明函數有一個int 型的參數,再與最外層的int 結合,說明函數的返回類型是整型,所以P是一個指向有一個整型參數且返回類型為整型的函數的指針
int *(*p(int))[3]; 從 P開始,先與()結合,說明P是一個函數,然後進入()裡面,與int結合,說明函數有一個整型變量參數,然後再與外面的*結合,說明函數返回的是一個指針,,然後到最外面一層,先與[]結合,說明返回的指針指向的是一個數組,然後再與*結合,說明數組裡的元素是指針,然後再與int 結合,說明指針指向的內容是整型數據.所以P是一個參數為一個整數且返回一個指向由整型指針變量組成的數組的指針變量的函數。

2、指針分析

指針是一個特殊的變量，它裡面存儲的數值被解釋成為內存裡的一個地址。 要搞清一個指針需要搞清指針的四方面的內容：指針的類型、指針所指向的類型、指針的值或者叫指針所指向的內存區、指針本身所占據的內存區。
A、指針的類型
把指針聲明語句裡的指針名字去掉，剩下的部分就是這個指針的類型
B、指針所指向的類型把指針聲明語句中的指針名字和名字左邊的指針聲明符*去掉，剩下的就是指針所指向的類型（在指針的算術運算中，指針所指向的類型有很大的作用）
C、指針所指向的內存區指針變量定義之後必須賦值才能使用，指針所指向的內存區從指針的值所代表的那個內存地址開始，長度為sizeof(指針所指向的類型)的一片內存區。一個變量指針指向了某塊內存區域，就相當於說該指針變量的值是這塊內存區域的首地址。如果指針變量指向的內存區未初始化，則該內存區保存的是垃圾數據。如同變量定義之後不賦值就會是垃圾值一樣，指針定義後也必須賦值指定合法內存地址，否則解引用將會出錯（段錯誤）
D、指針本身所占據的內存區用函數sizeof(指針的類型)可以測出指針本身所占據的內存區（在 32位平台裡，指針本身占據了 4個字節的長度） 。

3、指針的強制類型轉換

當我們初始化一個指針或給一個指針賦值時，賦值號的左邊是一個指針，賦值號的右邊是一個指針表達式，這就要求兩邊的類型一致，所指向的類型也一致，如果不一致的話，需要進行強制類型轉換。語法格式是：(TYPE *)p。
這樣強制類型轉換的結果是一個新指針，該新指針的類型是TYPE *，它指向的類型是TYPE，它指向的地址就是原指針指向的地址。要注意的是，原來的指針p的一切屬性都沒有被修改。
另外，一個函數如果使用了指針作為形參， 那麼在函數調用語句的實參和形參的結合過程中，也必須保證類型一致 ，否則需要強制轉換。

4、const與指針

const int *p;指針p為變量，指針指向的內存空間存儲的是常量
int const *p;指針p為變量，指針指向的內存空間存儲的是常量
int * cosnt p;指針是常量，指針指向的內存空間存儲的是變量
const int * const p;指針是常量，指針指向的內存空間存儲的是常量

5、野指針

野指針是指向的地址不可預知的指針。野指針容易觸發運行時段錯誤。一般來說，指針定義後如果沒有賦值就使用就是一個野指針，指向的內存地址空間是不確定的。避免野指針的一般做法： A、定義指針時初始化為NULL
B、解引用指針前將指針賦值
C、解引用指針前檢查指針是否是NULL
D、指針使用完畢後賦值NULL
int a;
int *p = NULL;
p = &a;
if(NULL != p)
{
*p = 3;}
p = NULL;
三、指針變量的賦值
指針變量同普通變量一樣，使用之前不僅要定義說明， 而且必須賦予具體的值。未經賦值的指針變量不能使用， 否則將造成系統混亂，甚至死機。指針變量的賦值只能賦予地址，決不能賦予任何其它數據，否則將引起錯誤。在Ｃ語言中， 變量的地址是由編譯系統分配的，對用戶完全透明，用戶不知道變量的具體地址。 Ｃ語言中提供了地址運算符&來表示變量的地址。其一般形式為： & 變量名； 如&a變示變量a的地址，&b表示變量b的地址。 變量本身必須預先說明。指針變量的賦值方式有兩種：

1、指針變量初始化的方法

int a;
int *p = &a;

2、賦值語句的方法

int a;
int *p;
p = &a;
不允許把一個數賦予指針變量，故下面的賦值是錯誤的： int *p;p=1000; 被賦值的指針變量前不能再加“*”說明符，如寫為*p=&a 也是錯誤的
四、指針變量的運算
指針變量可以進行某些運算，但其運算的種類是有限的。 它只能進行賦值運算和部分算術運算及關系運算。

1、指針運算符

A、取地址運算符&
　　 取地址運算符&是單目運算符，其結合性為自右至左，其功能是取變量的地址。&a的運算結果是一個指針，指針的類型是a的類型加個*，指針所指向的類型是a的類型，指針所指向的地址嘛，那就是a的地址。
B、取內容運算符*
　　 取內容運算符*是單目運算符，其結合性為自右至左，用來表示指針變量所指的變量。在*運算符之後跟的變量必須是指針變量。需要注意的是指針運算符*和指針變量說明中的指針說明符* 不是一回事。在指針變量說明中，“*”是類型說明符，表示其後的變量是指針類型。而表達式中出現的“*”則是一個運算符，用以表示指針變量所指的變量。

2、指針變量的運算

A、賦值運算指針變量的賦值運算有以下幾種形式：
指針變量初始化賦值
把一個變量的地址賦予指向相同數據類型的指針變量
int a,*pa;
pa=&a; /*把整型變量a的地址賦予整型指針變量pa*/
把一個指針變量的值賦予指向相同類型變量的另一個指針變量
int a,*pa=&a,*pb;
pb=pa; /*把a的地址賦予指針變量pb*/
把數組的首地址賦予指向數組的指針變量
int a[5],*pa;
pa=a; (數組名表示數組的首地址，故可賦予指向數組的指針變量pa)
把字符串的首地址賦予指向字符類型的指針變量。
char *pc;pc="c language";
char *pc="C Language";
把函數的入口地址賦予指向函數的指針變量
int (*pf)();
pf=f; /*f為函數名*/
B、加減算術運算
指針變量加或減一個整數n的意義是把指針指向的當前位置(指向某數組元素)向前或向後移動n個位置。應該注意，數組指針變量向前或向後移動一個位置和地址 加1或減1 在概念上是不同的。因為數組可以有不同的類型， 各種類型的數組元素所占的字節長度是不同的。如指針變量加1，即向後移動1 個位置表示指針變量指向下一個數據元素的首地址。而不是在原地址基礎上加1。
int a[5],*pa;
pa=a; /*pa指向數組a，也是指向a[0]*/
pa=pa+2; /*pa指向a[2]，即pa的值為&pa[2]*/ 指針變量的加減運算只能對數組指針變量進行， 對指向其它類型變量的指針變量作加減運算是毫無意義的。C、指針變量之間的運算
兩個指針變量之間的運算只有指向同一數組的兩個指針變量之間才能進行運算， 否則運算毫無意義。
兩指針變量相減
兩指針變量相減所得之差是兩個指針所指數組元素之間相差的元素個數。實際上是兩個指針值(地址) 相減之差再除以該數組元素的長度(字節數)。例如pf1和pf2 是指向同一浮點數組的兩個指針變量，設pf1的值為2010H，pf2的值為2000H，而浮點數組每個元素占4個字節，所以pf1-pf2的結果為 (2000H-2010H)/4=4，表示pf1和 pf2之間相差4個元素。兩個指針變量不能進行加法運算。 例如， pf1+pf2是什麼意思呢?毫無實際意義。
兩指針變量進行關系運算
指向同一數組的兩指針變量進行關系運算可表示它們所指數組元素之間的關系。例如：
pf1==pf2表示pf1和pf2指向同一數組元素
pf1>pf2表示pf1處於高地址位置
pf1<pf2表示pf2處於低地址位置
指針變量還可以與0比較。設p為指針變量，則p==0表明p是空指針，它不指向任何變量；p!=0表示p不是空指針。空指針是由對指針變量賦予0值而得到的。例如： #define NULL 0int *p=NULL; 對指針變量賦0值和不賦值是不同的。指針變量未賦值時，可以是任意值，是不能使用的。否則將造成意外錯誤。而指針變量賦0值後，則可以使用，只是它不指向 具體的變量而已。
本文是學習網絡博文並經自己思考總結整理而來，博文來源有：
C語言中文網、C語言指針總結（開源中國-宏哥）、深入理解C指針（Richard Reese）、C語言指針詳解（CSDN ad_ad_ad）。
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