C 速查手冊
6.1 指標
C 語言的指標 (pointer) 是用來指向儲存指向某個記憶體位址的資料型態 (data type) ,實際上我們須認識電腦管理記憶體好比一個長列,每一列都有以位元編碼的位址,每一位址都可儲存位元編碼的資料,示意圖如下
0001 ▭▭▭▭
0010 ▭▭▭▭
0011 ▭▭▭▭
0100 ▭▭▭▭
0101 ▭▭▭▭
0110 ▭▭▭▭
0111 ▭▭▭▭
1000 ▭▭▭▭
↓ ↓
位址 內容
例如,我們宣告並指派初值 22 給整數變數 (variable) a ,編譯器 (compiler) 將變數 a 放在 0011 的記憶體位址裡,稍後我們再宣告另一個指向 a 的指標變數 aPtr ,假設編譯器 aPtr 放在 0111 的記憶體位址裡,如下圖所示
0001 ▭▭▭▭ 98
0010 ▭▭▭▭ 509
0011 ▭▭▭▭ 22 a
0100 ▭▭▭▭ 1234
0101 ▭▭▭▭ 0
0110 ▭▭▭▭ 382
0111 ▭▭▭▭ 0011 aPtr
1000 ▭▭▭▭ 9000
↓ ↓ ↓ ↓
位址 內容 數值 變數
因此,指標變數 aPtr 的內容為變數 a 的記憶體位址,如下
0001 ▭▭▭▭ 98
0010 ▭▭▭▭ 509
0011 ▭▭▭▭ 22 a
0100 ▭▭▭▭ 1234 ↖
0101 ▭▭▭▭ 0 ↑
0110 ▭▭▭▭ 382 ↑
0111 ▭▭▭▭ 0011 aPtr ↗
1000 ▭▭▭▭ 9000
↓ ↓ ↓ ↓
位址 內容 數值 變數
宣告 C 語言的指標變數,格式如下
* 為宣告指標所用的運算子 (operator) ,注意這跟乘法運算子一樣,編譯器會依上下文判斷星號用為宣告指標,還是用為兩數相乘。
很多情況下我們都需要直接操作記憶體位址,例如提升程式執行效率與建立資料結構。 C 語言中使用指標需要先經過宣告,如下列程式建立一個指標變數 aPtr 指向變數 a
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int a = 9;
int *aPtr;
aPtr = &a;
printf("利用指標指向變數 *aPtr = %d\n", *aPtr);
return 0;
}
/* 《程式語言教學誌》的範例程式
http://kaiching.org/
檔名:aPtr.c
功能:示範指標的宣告及使用
作者:張凱慶 */
編譯後執行,結果如下
$ gcc aPtr.c |
$ a.out |
利用指標指向變數 *aPtr = 9 |
$ |
以下為宣告指標變數
int *aPtr;
下一行替指標變數指派初值
aPtr = &a;
注意, & 為取址運算子,可以取得該變數的記憶體位址,這跟位元運算的且運算子是相同的,所以編譯器會依前後文自行判斷用途。
這兩行可以合併寫成
int *aPtr = &a;
印出指標變數的一行
printf("利用指標指向變數 *aPtr = %d\n", *aPtr);
指標變數使用時另加上的星號 * ,稱為間接運算子或反參考運算子,這是用來取得該指標所指向的數值,而非記憶體位址。
下列程式依次印出變數 a 的值與記憶體位址、 aPtr 的值與所參考的數值
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int a = 9;
int *aPtr = &a;
printf("a = %d\n", a);
printf("&a = %p\n", &a);
printf("aPtr = %p\n", aPtr);
printf("*aPtr = %d\n", *aPtr);
return 0;
}
/* 《程式語言教學誌》的範例程式
http://kaiching.org/
檔名:aPtr2.c
功能:印出指標變數的記憶體位址
作者:張凱慶 */
編譯後執行,結果如下
$ gcc aPtr2.c |
$ a.out |
a = 9 |
&a = 0x7ffee64bd848 |
aPtr = 0x7ffee64bd848 |
*aPtr = 9 |
$ |
由於 C 語言的函數只能回傳一個值,所以當程式需要呼叫函數修改超過兩個值的時候,可以傳遞指標當作參數,讓呼叫的函數直接進行修改,如下例的函數 swap() 將 a 及 b 的值進行對調
#include <stdio.h>
void swap(int *, int *bPtr);
int main(void)
{
int a = 22;
int b = 11;
printf("兩數交換以前.. a = %d, b = %d\n", a, b);
swap(&a, &b);
printf("兩數交換以後.. a = %d, b = %d\n", a, b);
return 0;
}
void swap(int *aPtr, int *bPtr)
{
int temp;
temp = *aPtr;
*aPtr = *bPtr;
*bPtr = temp;
}
/* 《程式語言教學誌》的範例程式
http://kaiching.org/
檔名:swap.c
功能:示範利用指標修改兩個參數
作者:張凱慶 */
編譯後執行,結果如下
$ gcc swap.c |
$ a.out |
兩數交換以前.. a = 22, b = 11 |
兩數交換以後.. a = 11, b = 22 |
$ |
呼叫 swap() 的地方
swap(&a, &b);
將兩個變數取址後就是指標變數,然後傳遞給函數 swap()
void swap(int *aPtr, int *bPtr)
{
int temp;
temp = *aPtr;
*aPtr = *bPtr;
*bPtr = temp;
}
函數 swap() 接受兩個指標的參數後,另以一個區域變數 temp 暫存 aPtr 所指向的值,然後把 bPtr 的值給 aPtr ,注意此時兩個變數 aPtr 及 bPtr 的值一樣。最後把暫存變數 temp 的值,也就是 aPtr 原先所儲存的值給 bPtr ,兩數的值便做了對調。
由於陣列 (array) 名稱就是指標,字串 (string) 也就是字元 (character) 陣列常常直接利用指標來操作,如下例
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char *aPtr = "Seeing is believing.";
while (*aPtr != '.') {
printf("%c\n", *aPtr);
aPtr++;
}
return 0;
}
/* 《程式語言教學誌》的範例程式
http://kaiching.org/
檔名:charPtr.c
功能:示範利用指標操作字元陣列
作者:張凱慶 */
編譯後執行,結果如下
$ gcc charPtr.c |
$ a.out |
S |
e |
e |
i |
n |
g |
i |
s |
b |
e |
l |
i |
e |
v |
i |
n |
g |
$ |
宣告、建立指標變數的地方
char *aPtr = "Seeing is believing.";
指標變數 aPtr 會指向此字串第一個字元,也就是大寫 S 的記憶體位址。
下面的 while 迴圈 (loop)
while (*aPtr != '.') {
printf("%c\n", *aPtr);
aPtr++;
}
這裡利用迴圈逐行印出每個字元。
此外注意指標也是可以進行計算的,但有其限制,合法的指標運算如下表
相同資料型態的指標才可互相指派; |
指標可相加或相減某一範圍的整數; |
指向相同陣列的指標可以相減或比較; |
指標可以指派 0 或是與 0 做比較。 |