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深入理解C语言指针的奥秘程序分析与设计

深入理解C语言指针的奥秘程序分析与设计

点击数:7896 次   录入时间:03-04 11:48:27   整理:http://www.55dianzi.com   51单片机

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:

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

izeof(int[10])==40

izeof(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:

tructMyStruct

{

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,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。

tr=(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;

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