七章节指针.ppt
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1、第七章 指针,程序执行中数据存于内存。在可用期间数据有确定存储位置,占据一些存储单元。 内存单元的编号:地址。机器语言通过地址访问数据。高级语言用变量等作为存储单元/地址的抽象。,建立变量就是安排存储。赋值时存入,用值时从中提取。 外部变量/静态变量有全局存在期,程序执行前安排存储位置,保持到程序结束。自动变量在函数调用时安排存储,至函数结束。再调用时重新安排存储。,变量存在期就是它占据所安排存储的期间。任何变量在存在期间总有确定存储位置,有固定的地址。 寄存器变量可能放在寄存器,无地址。本章不考虑寄存器变量。,变量存在时有地址,地址用二进制编码,因此可能成为程序处理的数据。问题:地址作为数据
2、有什么用?,若程序可以处理对象地址,就可通过地址处理相关对象。 对象(如变量)地址也被作为数据,地址值/指针值。以地址为值的变量称为指针变量/指针(pointer)。,指针是一种访问其他对象的手段,利用这种机制能更灵活方便地实施对各种对象的操作。,主要操作 指针赋值:将程序对象的地址存入指针变量。 间接访问:通过指针访问被指对象。 指针还能保存其他对象的地址。下面讨论以变量为例。,指针保存着变量x地址,也说指针指向x。示意图:,指针可赋值,其指向在执行中可变。p某时指x,后可能指向y。这样,通过p访问被指对象的语句,前次访问x,后来就访问y。这种新灵活性很有用。,C中用指针常能写出更简洁有效的
3、程序。有些问题必须用指针处理。指针在大型复杂软件中使用广泛。指针使用的水平是评价人的C程序设计能力的重要方面。 C指针灵活/功能强。掌握有难度,易用错,应特别注意。应特别注意使用指针的常见错误,注意!,7.2 指针变量的定义和使用,指针有类型,只能保存特定类型的变量的地址。 指向int的指针p只能指向int变量。p所指也看作int,从p间接访问当作int。常说int指针p1等。,定义指针需指明指向类型。定义指向int的指针变量: int *p, *q; 指针变量可以与其他变量一起定义: int *p, n, a10, *q, *p1, m;,指针是变量,可赋值取值,定义域与存在期。应赋给类型正
4、确的指针值,取出的值也是特定类型的指针值。 用(int *)表示整型指针的类型,其他类似。,指针操作 取地址运算符& 和间接访问操作用*。一元运算符。,取地址运算 ,多个指针可能同时指向同一变量。变量相等就是值相等,指针变量相等说明两个指针指向程序里同一东西。,间接运算 间接运算得到被指针所指的变量,这种表达式可以像普通变量一样使用。设p指向n。间接赋值: *p = 17; 这里写*p相当于直接写n。另一个赋值: m = *p + *q * n; /* 访问n三次 */,+ *p; /* 使变量n的值加1,变成18 */ (*p)+; /* 使变量n的值再加1,变成19。*/ *p += *q
5、 + n; /* 变量n被赋以新值57 */ q = /* 指针q指向了数组a的元素 */,指针作为函数参数 指针作为函数参数有特殊意义,利用这种参数可写出能修改调用时环境的函数。函数调用处的环境指在调用函数的位置能访问的变量全体。 前面函数的特点:可使用调用处环境中变量的值(通过参数),但不能修改这些变量(数组参数除外)。 在函数f里调用g,可将f局部变量作为实参。用g改变f局部变量的唯一方法是将g的返回值赋给f的局部变量。 这种方法局限性太强,例如无法在一个调用中修改两个局部变量的值。利用指针可以改变这种情况。,例:定义函数swap,希望用它交换两个变量的值。因为要改变两个变量,无法通过返
6、回值解决。,下面定义不行: void swap0 (int x, int y) int t = x; x = y; y = t; int f() int a = 5, b = 10; swap0(a, b); /*不行*/ ,函数内修改形参,不会改变调用时的实参。,分析:要(在另一函数里)调用函数g修改调用处的变量(如局部变量),必须在g里面掌握这个变量。,用指针可以解决问题。 把m的地址(也是值)通过指针参数p传给g,函数内对p间接访问就能操作m,包括对m赋值(改变m)。,例: void set3(int * np) *np = 3; 使用实例: int main() int n, m; s
7、et3( ,请回忆scanf的情况。,通过参数改变调用环境的方案包括三方面:1)函数定义中用指针参数;2)函数内用间接操作实际变量;3)调用时以被操作变量的地址作为实参。 函数swap可定义为: void swap(int *p, int *q) int t = *p; *p = *q; *q = t; 交换变量m和n的值,调用形式是: swap(,swap参数类型是(int *),实参必须是合法整型变量的地址。,设有变量定义: int a10, k; 调用实例: swap(,介绍标准库函数scanf时,强调在接受输入的变量前必须写&,就是将变量的地址传给scanf。 scanf采用与swap
8、一样的技术,通过间接访问为指定变量赋值,把输入的值赋给指定变量。,例:改造上章输入整数值并检查值范围的函数,引进指针参数,使之能更好处理输入错误。 前面实现里用特殊整数值指明输入出错,有缺点(可能不存在合适的值)。指针参数提供了另一种方法:,函数增加一个指针参数,通过它送回读入值。用函数返回值传递函数执行的状态信息。 返回1表示输入成功,0表示输入未能正常完成。,新函数定义: int getnumber(char prompt, int imin, int imax, int repeat, int *np) int i; *np = 0; for (i = 0; repeatimax) pr
9、intf(“Correct range %d, %d.n“, imin, imax); while (getchar() != n) ; else return 1; return 0; ,前面的调用现在可以重写为: getnumber(“Choose a range 0, n. Input n: “, 2, 32767, 5, ,更合适的调用形式: if (getnumber(“Your guess: “, 0, m-1, 5, &guess) = 0) /* 处理输入出错的程序片段 */ 这类函数的形参为指针,实参必须是合法变量地址。,这里可以看到标准库函数的样子。通过返回值表示函数的工作
10、情况,是一种常用技术。,与指针有关的一些问题 空指针值:特殊指针值,表示指针变量闲置(未指向任何变量)。是唯一对任何指针类型都合法的值。 空指针值用0表示,标准库定义符号常量 NULL: p = NULL; 和 p = 0; 相同 前一写法易看到是指针,用时必须包含标准头文件。,指针初始化 指针变量定义时可用合法指针值初始化: int n, *p = 若没有初始化,外部指针和局部静态指针自动初始化为用空;普通局部指针不初始化。,指针使用中的常见错误 使用指针的最常见错误是非法间接访问:在指针未指向合法变量的情况下做间接。如: int f (.) int *p, n = 3; *p = 2; .
11、 p没有初始化,没有指向合法变量。,“悬空指针”指值不是(当时)合法的变量地址的指针变量,也常被称为“野指针”。 间接访问悬空指针是严重错误,后果可能很严重。,常见错误写法(设p是悬空int指针,n是int变量): swap(p, 编译程序不能发现scanf的错误。有些系统可能对第一个例子(假设p未初始化)给出警告。 间接访问空指针也同样无理和非法。,通用指针 类型(void *),可以指向任何变量。声明: int n, *p; double x, *q; void *gp1,*gp2;,任何指针值可以赋给通用指针(不必转换)。例: gp1 = / gp2指向x,若通用指针gpt指向g,g类型
12、是指针pt的指向类型,将gpt赋给pt(要写强制转换)通过pt保证正确访问g。gp1 = /* 合法,p是(int*) */,q = (double*)gp1;/*不合法,q是(double*) */,不合法?,上面的转换既不改变指针的值,也不改变其所指对象的类型,但却让程序今后把n当作double型数据看待,这就非法了。,指针类型代表一种观点。被整型指针所指的变量总看成是整型;被双精度指针指向。 指针转换是观点转换。从整型指针转换到通用指针就是丢掉类型信息。保证恢复到原有类型(转回整型指针),被指对象还可用。,通用指针不能做间接运算。被普通指针所指变量的类型明确,间接后可以作为该类型的变量使
13、用。 通用指针可指向任何变量,间接访问的意义无法确定。通用指针没提供被指对象的类型信息,所以不能通过它们直接使用被指对象。 通用指针最无用,唯一用途就是提供指针值。标准库的某些函数使用了通用指针。,7.3 指针与数组,C指针与数组关系密切,以指针为媒介可以完成各种数组操作。常能使程序更加简洁有效。 用指针做数组操作同样要特别注意越界错误。 指针和数组的关系是C语言特有的,除了由C派生出的语言(如C+),一般语言中没有这种关系。,指向数组元素的指针 类型合适的指针可以指向数组元素。假定有定义: int *p1, *p2, *p3, *p4; int a10 = 1,2,3,4,5,6,7,8,9
14、,10;,可以写: p1 = ,p4没指向a的元素,是指向a最后元素向后一个位置。 C语言保证这个地址存在,但写 *p4 是错误的。,写数组名得到数组首元素地址,元素类型的指针值。 “p1 = ,指针运算 当指针p指向数组元素时说p指到了数组里。这时由p可以访问被p指的元素,还可访问数组的其他元素。 例:p1指向a首元素,值合法(a0的地址),p1+1也合法(a1的地址)。p1+2、p1+3、也合法,分别为a其他元素的地址。由它们可间接访问a各元素。,例: *(p1 + 2) = 3;/* 给a2赋值 */ p2 = p1 + 5; /* 使p2指向a5 */,也可由指向非首元素的指针出发访问
15、数组其他元素: *(p2 + 2) = 5; /* 给a7赋值 */ 可用减法访问所指位置之前的元素: *(p2 - 2) = 4; /* 给a3赋值 */,通过指针访问数组元素时必须保证不越界。 运算取得的指针值(即使不间接访问)必须在数组范围内(可过末元素一位置),否则无定义。 这类运算称为“指针运算”。其他常用指针运算: 用指针运算得到的值做指针更新: p2 = p2 - 2; /* 这使p2改指向a3 */,用增/减量操作做指针更新(指针应指在数组里): p3 = p2; +p3; -p2; p3 += 2; 如果两指针指在同一个数组里,可以求差,得到它们间的数组元素个数(带符号整数)
16、。 n = p3 p2; /* 也可以求 p2 p3 */,指在同一个数组里的指针可以比较大小: if (p3 p2) 当p3所指的元素在p2所指的元素之后时条件成立(值为1),否则不成立(值为0)。两个指针不指在同一数组里时,比较大小没有意义。,两个同类型指针可用 = 和 != 比较相等或不等;任何指针都能与通用指针比较相等或不等,任何指针可与空指针值(0或NULL)比较相等或不等。 两指针指向同一数据元素,或同为空值时它们相等。,数组写法与指针写法 如果指针指在数组里,通过指针访问数组元素也可用下标形式写。 设p1指向数组a0,p3指向a5。可写: p13 = 5; p32 = 8; p1
17、3一类写法称为数组写法,*(p+3)一类写法称为指针写法。两类写法有等价效力,可自由选用。,数组名求值得到指针值 可参与一些指针运算,可采用指针写法。a3可写为*(a+3)。(数组名可以“看作”常量指针) 数组名可以与其他指针比大小,相等与不相等,等等。 注意:数组名不是指针变量,特别是不能赋值,不能更改。若a为数组,下面操作是错误的: a+; a += 3; a = p; 有些运算虽不赋值但也可能没意义。 如 a3 不可能得到合法指针值,结果超出数组界限。,指针运算原理 当一个指针指向数组里的元素时,为什么能算出下一元素位置?(这是指针运算的基础) 指针有指向类型,p指向数组a时,p的类型与
18、a元素类型一致,数据对象的大小可以确定。 p+1的值可根据p的值和数组元素大小算出。由一个数组元素位置可以算出下一元素位置,或几个元素之后的元素位置。指针运算的基础。,通用指针即使指到数组里,因没有确定指向类型,因此不能做一般指针计算,只能做指针比较。,基于指针的数组程序设计 指针运算是处理数组元素的另一方式,有时很方便。设有int数组a和指针p1,p2,下面代码都打印a的元素:,for (p1 = a, p2 = a+10; p1 p2; +p1) printf(“%dn“, *p1); for (p1 = a; p1 a+10; +p1) printf(“%dn“, *p1); for (
19、p1 = p2 = a; p1 - p2 10; +p1) printf(“%dn“, *p1); for (p1 = a; p1 - a 10; +p1) printf(“%dn“, *p1);,数组参数的意义 C规定,数组参数就是相应的指针参数: int f(int n, int d) . . 和 int f(int n, int *d) . . 意义相同。数组参数的作用就是这样实现的。 对应d的实参是被处理数组的名字,求值得到指针值,符合形参需要,使d指向该数组的“首元素”。,前面函数体里参数用数组写法(对指针可这样写)。通过指针形参d访问的相应实参数组里的各元素。(数组参数就是利用指针
20、实现的!) 这也使采用数组参数的函数能修改实参数组。,函数里也可用指针方式做元素访问。 int intsum (int n, int a) int i, m = 0; for (i = 0; i n; +i) m += *(a+i); return m; ,函数里不能用sizeof确定数组实参大小:函数的数组形参实际是指针,求sizeof算出的是指针的大小。 所有指针大小都一样,它们保存的都是地址值,各种类型的地址值采用同样表示方式。 另一方面,sizeof的计算是在编译中完成的。实参是动态运行中的东西。,使用数组的一段元素 以数组为参数的函数可处理一段元素。求元素和: double sum(
21、int n, double a); 设有双精度数组b,40个元素已有值:,用sum可求b所有元素之和/前一段元素之和: x = sum(40, b); y = sum(20, b); sum不知道b的大小,它由参数得到数组首元素地址,从这里开始求连续40或20个元素的和。 也可用sum求b中下标12到24的一段元素之和。,z = sum(13, b+12);,指针与数组操作函数实例 例1,用指针方式实现字符串长度函数。一种方式: int strLength (const char *s) int n = 0; while (*s != 0) s+; n+; return n; 通过局部指针(参
22、数是局部变量)扫描串中字符。,另一实现: int strLength (const char *s) char *p = s; while (*p != 0) p+; return p - s; ,参数是指针类型(char *),实参应是字符串或存字符串的数组。可用指向字符串的指针作为参数。,例2,用指针实现字符串复制函数。直接定义: void strCopy (char *s, const char *t) while (*s = *t) != 0) s+; t+; 赋值表达式有值,0就是0,函数可简化: void strCopy (char *s, const char *t) while
23、 (*s = *t) s+; t+; ,把指针更新操作也写在循环测试条件里,程序是: void strCopy (char *s, const char *t) while (*s+ = *t+) ; / 空语句 注意优先级与结合性,增量运算的作用与值等。,例3,利用指针,输出int数组里一段元素: void prt_seq(int *begin, int *end) for (; begin != end; +begin) printf(“%dn“, *begin); ,prt_seq(a, a+10); prt_seq(a+5, a+10); prt_seq(a, a+3); prt_se
24、q(a+2, a+6); prt_seq(a+4, a+4); prt_seq(a+10, a+10); 最后两个调用对应空序列。序列为“半闭半开”。,还可写出许多类似函数。“设置”函数: void set_seq(int *b, int *e, int v) for (; b != e; +b) *b = v; ,序列中每个元素都用其平方根取代: void sqrt_seq (double *b, double *e) for (; b!=e; +b) *b = sqrt(*b); ,求平均值: double avrg(double *b, double *e) double *p, x =
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