程序地带

C语言指针-从底层原理到花式技巧,用图文和代码帮你讲解透彻


这是道哥的第014篇原创


目录一、前言二、变量与指针的本质1. 内存地址2. 32位与64位系统3. 变量4. 指针变量5. 操作指针变量5.1 指针变量自身的值5.2 获取指针变量所指向的数据5.3 以什么样的数据类型来使用/解释指针变量所指向的内容三、指针的几个相关概念1. const属性2. void型指针3. 空指针和野指针3.1 空指针:不指向任何东西的指针3.2 野指针:地址已经失效的指针四、指向不同数据类型的指针1. 数值型指针2. 字符串指针3. 指针数组与数组指针3.1 指针数组3.2 数组指针4. 二维数组和指针5. 结构体指针6. 函数指针五、总结


一、前言

如果问C语言中最重要、威力最大的概念是什么,答案必将是指针!威力大,意味着使用方便、高效,同时也意味着语法复杂、容易出错。指针用的好,可以极大的提高代码执行效率、节约系统资源;如果用的不好,程序中将会充满陷阱、漏洞。


这篇文章,我们就来聊聊指针。从最底层的内存存储空间开始,一直到应用层的各种指针使用技巧,循序渐进、抽丝剥茧,以最直白的语言进行讲解,让你一次看过瘾。


说明:为了方便讲解和理解,文中配图的内存空间的地址是随便写的,在实际计算机中是要遵循地址对齐方式的。


二、变量与指针的本质
1. 内存地址

我们编写一个程序源文件之后,编译得到的二进制可执行文件存放在电脑的硬盘上,此时它是一个静态的文件,一般称之为程序。


当这个程序被启动的时候,操作系统将会做下面几件事情:


把程序的内容(代码段、数据段)从硬盘复制到内存中;
创建一个数据结构PCB(进程控制块),来描述这个程序的各种信息(例如:使用的资源,打开的文件描述符...);
在代码段中定位到入口函数的地址,让CPU从这个地址开始执行。


当程序开始被执行时,就变成一个动态的状态,一般称之为进程。


内存分为:物理内存和虚拟内存。操作系统对物理内存进行管理、包装,我们开发者面对的是操作系统提供的虚拟内存。
这2个概念不妨碍文章的理解,因此就统一称之为内存。


在我们的程序中,通过一个变量名来定义变量、使用变量。变量本身是一个确确实实存在的东西,变量名是一个抽象的概念,用来代表这个变量。就比如:我是一个实实在在的人,是客观存在与这个地球上的,道哥是我给自己起的一个名字,这个名字是任意取得,只要自己觉得好听就行,如果我愿意还可以起名叫:鸟哥、龙哥等等。


那么,我们定义一个变量之后,这个变量放在哪里呢?那就是内存的数据区。内存是一个很大的存储区域,被操作系统划分为一个一个的小空间,操作系统通过地址来管理内存。



内存中的最小存储单位是字节(8个bit),一个内存的完整空间就是由这一个一个的字节连续组成的。在上图中,每一个小格子代表一个字节,但是好像大家在书籍中没有这么来画内存模型的,更常见的是下面这样的画法:



也就是把连续的4个字节的空间画在一起,这样就便于表述和理解,特别是深入到代码对齐相关知识时更容易理解。(我认为根本原因应该是:大家都这么画,已经看顺眼了~~)


2. 32位与64位系统

我们平时所说的计算机是32位、64位,指的是计算机的CPU中寄存器的最大存储长度,如果寄存器中最大存储32bit的数据,就称之为32位系统。


在计算机中,数据一般都是在硬盘、内存和寄存器之间进行来回存取。CPU通过3种总线把各组成部分联系在一起:地址总线、数据总线和控制总线。地址总线的宽度决定了CPU的寻址能力,也就是CPU能达到的最大地址范围。



刚才说了,内存是通过地址来管理的,那么CPU想从内存中的某个地址空间上存取一个数据,那么CPU就需要在地址总线上输出这个存储单元的地址。假如地址总线的宽度是8位,能表示的最大地址空间就是256个字节,能找到内存中最大的存储单元是255这个格子(从0开始)。即使内存条的实际空间是2G字节,CPU也没法使用后面的内存地址空间。如果地址总线的宽度是32位,那么能表示的最大地址就是2的32次方,也就是4G字节的空间。


【注意】:这里只是描述地址总线的概念,实际的计算机中地址计算方式要复杂的多,比如:虚拟内存中采用分段、分页、偏移量来定位实际的物理内存,在分页中还有大页、小页之分,感兴趣的同学可以自己查一下相关资料。


3. 变量

我们在C程序中使用变量来“代表”一个数据,使用函数名来“代表”一个函数,变量名和函数名是程序员使用的助记符。变量和函数最终是要放到内存中才能被CPU使用的,而内存中所有的信息(代码和数据)都是以二进制的形式来存储的,计算机根据就不会从格式上来区分哪些是代码、哪些是数据。CPU在访问内存的时候需要的是地址,而不是变量名、函数名。


问题来了:在程序代码中使用变量名来指代变量,而变量在内存中是根据地址来存放的,这二者之间如何映射(关联)起来的?


答案是:编译器!编译器在编译文本格式的C程序文件时,会根据目标运行平台(就是编译出的二进制程序运行在哪里?是x86平台的电脑?还是ARM平台的开发板?)来安排程序中的各种地址,例如:加载到内存中的地址、代码段的入口地址等等,同时编译器也会把程序中的所有变量名,转成该变量在内存中的存储地址。


变量有2个重要属性:变量的类型和变量的值。


示例:代码中定义了一个变量


int a = 20;

类型是int型,值是20。这个变量在内存中的存储模型为:



我们在代码中使用变量名a,在程序执行的时候就表示使用0x11223344地址所对应的那个存储单元中的数据。因此,可以理解为变量名a就等价于这个地址0x11223344。换句话说,如果我们可以提前知道编译器把变量a安排在地址0x11223344这个单元格中,我们就可以在程序中直接用这个地址值来操作这个变量。


在上图中,变量a的值为20,在内存中占据了4个格子的空间,也就是4个字节。为什么是4个字节呢?在C标准中并没有规定每种数据类型的变量一定要占用几个字节,这是与具体的机器、编译器有关。


比如:32位的编译器中:


char: 1个字节;
short int: 2个字节;
int: 4个字节;
long: 4个字节。


比如:64位的编译器中:


char: 1个字节;
short int: 2个字节;
int: 4个字节;
long: 8个字节。


为了方便描述,下面都以32位为例,也就是int型变量在内存中占据4个字节。


另外,0x11223344,0x11223345,0x11223346,0x11223347这连续的、从低地址到高地址的4个字节用来存储变量a的数值20。在图示中,使用十六进制来表示,十进制数值20转成16进制就是:0x00000014,所以从开始地址依次存放0x00、0x00、0x00、0x14这4个字节(存储顺序涉及到大小端的问题,不影响文本理解)。


根据这个图示,如果在程序中想知道变量a存储在内存中的什么位置,可以使用取地址操作符&,如下:


printf("&a = 0x%x ", &a);

这句话将会打印出:&a = 0x11223344。


考虑一下,在32位系统中:指针变量占用几个字节?


4. 指针变量

指针变量可以分2个层次来理解:


指针变量首先是一个变量,所以它拥有变量的所有属性:类型和值。它的类型就是指针,它的值是其他变量的地址。 既然是一个变量,那么在内存中就需要为这个变量分配一个存储空间。在这个存储空间中,存放着其他变量的地址。
指针变量所指向的数据类型,这是在定义指针变量的时候就确定的。例如:int *p; 意味着指针指向的是一个int型的数据。

首先回答一下刚才那个问题,在32位系统中,一个指针变量在内存中占据4个字节的空间。因为CPU对内存空间寻址时,使用的是32位地址空间(4个字节),也就是用4个字节就能存储一个内存单元的地址。而指针变量中的值存储的就是地址,所以需要4个字节的空间来存储一个指针变量的值。


示例:


int a = 20;
int *pa;
pa = &a;
printf("value = %d ", *pa);

在内存中的存储模型如下:



对于指针变量pa来说,首先它是一个变量,因此在内存中需要有一个空间来存储这个变量,这个空间的地址就是0x11223348;


其次,这个内存空间中存储的内容是变量a的地址,而a的地址为0x11223344,所以指针变量pa的地址空间中,就存储了0x11223344这个值。


这里对两个操作符&和*进行说明:


&:取地址操作符,用来获取一个变量的地址。上面代码中&a就是用来获取变量a在内存中的存储地址,也就是0x11223344。
*:这个操作符用在2个场景中:定义一个指针的时候,获取一个指针所指向的变量值的时候。


int pa; 这个语句中的表示定义的变量pa是一个指针,前面的int表示pa这个指针指向的是一个int类型的变量。不过此时我们没有给pa进行赋值,也就是说此刻pa对应的存储单元中的4个字节里的值是没有初始化的,可能是0x00000000,也可能是其他任意的数字,不确定;
printf语句中的*表示获取pa指向的那个int类型变量的值,学名叫解引用,我们只要记住是获取指向的变量的值就可以了。
5. 操作指针变量

对指针变量的操作包括3个方面:


操作指针变量自身的值;
获取指针变量所指向的数据;
以什么样数据类型来使用/解释指针变量所指向的内容。
5.1 指针变量自身的值

int a = 20;这个语句是定义变量a,在随后的代码中,只要写下a就表示要操作变量a中存储的值,操作有两种:读和写。


printf("a = %d ", a); 这个语句就是要读取变量a中的值,当然是20;
a = 100;这个语句就是要把一个数值100写入到变量a中。


同样的道理,int *pa;语句是用来定义指针变量pa,在随后的代码中,只要写下pa就表示要操作变量pa中的值:


printf("pa = %d ", pa); 这个语句就是要读取指针变量pa中的值,当然是0x11223344;
pa = &a;这个语句就是要把新的值写入到指针变量pa中。再次强调一下,指针变量中存储的是地址,如果我们可以提前知道变量a的地址是 0x11223344,那么我们也可以这样来赋值:pa = 0x11223344;


思考一下,如果执行这个语句printf("&pa =0x%x ", &pa);,打印结果会是什么?


上面已经说过,操作符&是用来取地址的,那么&pa就表示获取指针变量pa的地址,上面的内存模型中显示指针变量pa是存储在0x11223348这个地址中的,因此打印结果就是:&pa = 0x11223348。


5.2 获取指针变量所指向的数据

指针变量所指向的数据类型是在定义的时候就明确的,也就是说指针pa指向的数据类型就是int型,因此在执行printf("value = %d ", *pa);语句时,首先知道pa是一个指针,其中存储了一个地址(0x11223344),然后通过操作符*来获取这个地址(0x11223344)对应的那个存储空间中的值;又因为在定义pa时,已经指定了它指向的值是一个int型,所以我们就知道了地址0x11223344中存储的就是一个int类型的数据。


5.3 以什么样的数据类型来使用/解释指针变量所指向的内容

如下代码:


int a = 30000;
int *pa = &a;
printf("value = %d ", *pa);

根据以上的描述,我们知道printf的打印结果会是value = 30000,十进制的30000转成十六进制是0x00007530,内存模型如下:



现在我们做这样一个测试:


char *pc = 0x11223344;
printf("value = %d ", *pc);

指针变量pc在定义的时候指明:它指向的数据类型是char型,pc变量中存储的地址是0x11223344。当使用*pc获取指向的数据时,将会按照char型格式来读取0x11223344地址处的数据,因此将会打印value = 0(在计算机中,ASCII码是用等价的数字来存储的)。


这个例子中说明了一个重要的概念:在内存中一切都是数字,如何来操作(解释)一个内存地址中的数据,完全是由我们的代码来告诉编译器的。刚才这个例子中,虽然0x11223344这个地址开始的4个字节的空间中,存储的是整型变量a的值,但是我们让pc指针按照char型数据来使用/解释这个地址处的内容,这是完全合法的。


以上内容,就是指针最根本的心法了。把这个心法整明白了,剩下的就是多见识、多练习的问题了。


三、指针的几个相关概念
1. const属性

const标识符用来表示一个对象的不可变的性质,例如定义:


const int b = 20;

在后面的代码中就不能改变变量b的值了,b中的值永远是20。同样的,如果用const来修饰一个指针变量:


int a = 20;
int b = 20;
int * const p = &a;

内存模型如下:



这里的const用来修饰指针变量p,根据const的性质可以得出结论:p在定义为变量a的地址之后,就固定了,不能再被改变了,也就是说指针变量pa中就只能存储变量a的地址0x11223344。如果在后面的代码中写p = &b;,编译时就会报错,因为p是不可改变的,不能再被设置为变量b的地址。


但是,指针变量p所指向的那个变量a的值是可以改变的,即:*p = 21;这个语句是合法的,因为指针p的值没有改变(仍然是变量c的地址0x11223344),改变的是变量c中存储的值。


与下面的代码区分一下:


int a = 20;
int b = 20;
const int *p = &a;
p = &b;

这里的const没有放在p的旁边,而是放在了类型int的旁边,这就说明const符号不是用来修饰p的,而是用来修饰p所指向的那个变量的。所以,如果我们写p = &b;把变量b的地址赋值给指针p,就是合法的,因为p的值可以被改变。


但是这个语句*p = 21就是非法了,因为定义语句中的const就限制了通过指针p获取的数据,不能被改变,只能被用来读取。这个性质常常被用在函数参数上,例如下面的代码,用来计算一块数据的CRC校验,这个函数只需要读取原始数据,不需要(也不可以)改变原始数据,因此就需要在形参指针上使用const修饰符:


short int getDataCRC(const char *pData, int len)
{
short int crc = 0x0000;
// 计算CRC
return crc;
}
2. void型指针

关键字void并不是一个真正的数据类型,它体现的是一种抽象,指明不是任何一种类型,一般有2种使用场景:


函数的返回值和形参;
定义指针时不明确规定所指数据的类型,也就意味着可以指向任意类型。

指针变量也是一种变量,变量之间可以相互赋值,那么指针变量之间也可以相互赋值,例如:


int a = 20;
int b = a;
int *p1 = &a;
int *p2 = p1;

变量a赋值给变量b,指针p1赋值给指针p2,注意到它们的类型必须是相同的:a和b都是int型,p1和p2都是指向int型,所以可以相互赋值。那么如果数据类型不同呢?必须进行强制类型转换。例如:


int a = 20;
int *p1 = &a;
char *p2 = (char *)p1;

内存模型如下:



p1指针指向的是int型数据,现在想把它的值(0x11223344)赋值给p2,但是由于在定义p2指针时规定它指向的数据类型是char型,因此需要把指针p1进行强制类型转换,也就是把地址0x11223344处的数据按照char型数据来看待,然后才可以赋值给p2指针。


如果我们使用void *p2来定义p2指针,那么在赋值时就不需要进行强制类型转换了,例如:


int a = 20;
int *p1 = &a;
void *p2 = p1;

指针p2是void*型,意味着可以把任意类型的指针赋值给p2,但是不能反过来操作,也就是不能把void*型指针直接赋值给其他确定类型的指针,而必须要强制转换成被赋值指针所指向的数据类型,如下代码,必须把p2指针强制转换成int*型之后,再赋值给p3指针:


int a = 20;
int *p1 = &a;
void *p2 = p1;
int *p3 = (int *)p2;

我们来看一个系统函数:


void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t len);

第一个参数类型是void*,这正体现了系统对内存操作的真正意义:它并不关心用户传来的指针具体指向什么数据类型,只是把数据挨个存储到这个地址对应的空间中。


第二个参数同样如此,此外还添加了const修饰符,这样就说明了memcpy函数只会从src指针处读取数据,而不会修改数据。


3. 空指针和野指针

一个指针必须指向一个有意义的地址之后,才可以对指针进行操作。如果指针中存储的地址值是一个随机值,或者是一个已经失效的值,此时操作指针就非常危险了,一般把这样的指针称作野指针,C代码中很多指针相关的bug就来源于此。


3.1 空指针:不指向任何东西的指针

在定义一个指针变量之后,如果没有赋值,那么这个指针变量中存储的就是一个随机值,有可能指向内存中的任何一个地址空间,此时万万不可以对这个指针进行写操作,因为它有可能指向内存中的代码段区域、也可能指向内存中操作系统所在的区域。


一般会将一个指针变量赋值为NULL来表示一个空指针,而C语言中,NULL实质是 ((void*)0) , 在C++中,NULL实质是0。在标准库头文件stdlib.h中,有如下定义:


#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
3.2 野指针:地址已经失效的指针

我们都知道,函数中的局部变量存储在栈区,通过malloc申请的内存空间位于堆区,如下代码:


int *p = (int *)malloc(4);
*p = 20;

内存模型为:



在堆区申请了4个字节的空间,然后强制类型转换为int*型之后,赋值给指针变量p,然后通过*p设置这个地址中的值为14,这是合法的。如果在释放了p指针指向的空间之后,再使用*p来操作这段地址,那就是非常危险了,因为这个地址空间可能已经被操作系统分配给其他代码使用,如果对这个地址里的数据强行操作,程序立刻崩溃的话,将会是我们最大的幸运!


int *p = (int *)malloc(4);
*p = 20;
free(p);
// 在free之后就不可以再操作p指针中的数据了。
p = NULL; // 最好加上这一句。
四、指向不同数据类型的指针
1. 数值型指针

通过上面的介绍,指向数值型变量的指针已经很明白了,需要注意的就是指针所指向的数据类型。


2. 字符串指针

字符串在内存中的表示有2种:


用一个数组来表示,例如:char name1[8] = "zhangsan";
用一个char *指针来表示,例如:char *name2 = "zhangsan";

name1在内存中占据8个字节,其中存储了8个字符的ASCII码值;name2在内存中占据9个字节,因为除了存储8个字符的ASCII码值,在最后一个字符"n"的后面还额外存储了一个"",用来标识字符串结束。


对于字符串来说,使用指针来操作是非常方便的,例如:变量字符串name2:


char *name2 = "zhangsan";
char *p = name2;
while (*p != "")
{
printf("%c ", *p);
p = p + 1;
}

在while的判断条件中,检查p指针指向的字符是否为结束符""。在循环体重,打印出当前指向的字符之后,对指针比那里进行自增操作,因为指针p所指向的数据类型是char,每个char在内存中占据一个字节,因此指针p在自增1之后,就指向下一个存储空间。



也可以把循环体中的2条语句写成1条语句:


printf("%c ", *p++);

假如一个指针指向的数据类型为int型,那么执行p = p + 1;之后,指针p中存储的地址值将会增加4,因为一个int型数据在内存中占据4个字节的空间,如下所示:



思考一个问题:void*型指针能够递增吗?如下测试代码:


int a[3] = {1, 2, 3};
void *p = a;
printf("1: p = 0x%x ", p);
p = p + 1;
printf("2: p = 0x%x ", p);

打印结果如下:


1: p = 0x733748c0
2: p = 0x733748c1

说明void*型指针在自增时,是按照一个字节的跨度来计算的。


3. 指针数组与数组指针

这2个说法经常会混淆,至少我是如此,先看下这2条语句:


int *p1[3]; // 指针数组
int (*p2)[3]; // 数组指针
3.1 指针数组

第1条语句中:中括号[]的优先级高,因此与p1先结合,表示一个数组,这个数组中有3个元素,这3个元素都是指针,它们指向的是int型数据。可以这样来理解:如果有这个定义char p[3],很容易理解这是一个有3个char型元素的数组,那么把char换成int*,意味着数组里的元素类型是int*型(指向int型数据的指针)。内存模型如下(注意:三个指针指向的地址并不一定是连续的):



如果向指针数组中的元素赋值,需要逐个把变量的地址赋值给指针元素:


int a = 1, b = 2, c = 3;
char *p1[3];
p1[0] = &a;
p1[1] = &b;
p1[2] = &c;
3.2 数组指针

第2条语句中:小括号让p2与*结合,表示p2是一个指针,这个指针指向了一个数组,数组中有3个元素,每一个元素的类型是int型。可以这样来理解:如果有这个定义int p[3],很容易理解这是一个有3个char型元素的数组,那么把数组名p换成是*p2,也就是p2是一个指针,指向了这个数组。内存模型如下(注意:指针指向的地址是一个数组,其中的3个元素是连续放在内存中的):



在前面我们说到取地址操作符&,用来获得一个变量的地址。凡事都有特殊情况,对于获取地址来说,下面几种情况不需要使用&操作符:


字符串字面量作为右值时,就代表这个字符串在内存中的首地址;
数组名就代表这个数组的地址,也等于这个数组的第一个元素的地址;
函数名就代表这个函数的地址。

因此,对于一下代码,三个printf语句的打印结果是相同的:


int a[3] = {1, 2, 3};
int (*p2)[3] = a;
printf("0x%x ", a);
printf("0x%x ", &a);
printf("0x%x ", p2);

思考一下,如果对这里的p2指针执行p2 = p2 + 1;操作,p2中的值将会增加多少?


答案是12个字节。因为p2指向的是一个数组,这个数组中包含3个元素,每个元素占据4个字节,那么这个数组在内存中一共占据12个字节,因此p2在加1之后,就跳过12个字节。



4. 二维数组和指针

一维数组在内存中是连续分布的多个内存单元组成的,而二维数组在内存中也是连续分布的多个内存单元组成的,从内存角度来看,一维数组和二维数组没有本质差别。


和一维数组类似,二维数组的数组名表示二维数组的第一维数组中首元素的首地址,用代码来说明:


int a[3][3] = {{1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9}}; // 二维数组
int (*p0)[3] = NULL; // p0是一个指针,指向一个数组
int (*p1)[3] = NULL; // p1是一个指针,指向一个数组
int (*p2)[3] = NULL; // p2是一个指针,指向一个数组
p0 = a[0];
p1 = a[1];
p2 = a[2];
printf("0: %d %d %d ", *(*p0 + 0), *(*p0 + 1), *(*p0 + 2));
printf("1: %d %d %d ", *(*p1 + 0), *(*p1 + 1), *(*p1 + 2));
printf("2: %d %d %d ", *(*p2 + 0), *(*p2 + 1), *(*p2 + 2));

打印结果是:


0: 1 2 3
1: 4 5 6
2: 7 8 9

我们拿第一个printf语句来分析:p0是一个指针,指向一个数组,数组中包含3个元素,每个元素在内存中占据4个字节。现在我们想获取这个数组中的数据,如果直接对p0执行加1操作,那么p0将会跨过12个字节(就等于p1中的值了),因此需要使用解引用操作符*,把p0转为指向int型的指针,然后再执行加1操作,就可以得到数组中的int型数据了。


5. 结构体指针

C语言中的基本数据类型是预定义的,结构体是用户定义的,在指针的使用上可以进行类比,唯一有区别的就是在结构体指针中,需要使用->箭头操作符来获取结构体中的成员变量,例如:


typedef struct
{
int age;
char name[8];
} Student;
Student s;
s.age = 20;
strcpy(s.name, "lisi");
Student *p = &s;
printf("age = %d, name = %s ", p->age, p->name);

看起来似乎没有什么技术含量,如果是结构体数组呢? 例如:


Student s[3];
Student *p = &s;
printf("size of Student = %d ", sizeof(Student));
printf("1: 0x%x, 0x%x ", s, p);
p++;
printf("2: 0x%x ", p);

打印结果是:


size of Student = 12
1: 0x4c02ac00, 0x4c02ac00
2: 0x4c02ac0c

在执行p++操作后,p需要跨过的空间是一个结构体变量在内存中占据的大小(12个字节),所以此时p就指向了数组中第2个元素的首地址,内存模型如下:



6. 函数指针

每一个函数在经过编译之后,都变成一个包含多条指令的集合,在程序被加载到内存之后,这个指令集合被放在代码区,我们在程序中使用函数名就代表了这个指令集合的开始地址。



函数指针,本质上仍然是一个指针,只不过这个指针变量中存储的是一个函数的地址。函数最重要特性是什么?可以被调用!因此,当定义了一个函数指针并把一个函数地址赋值给这个指针时,就可以通过这个函数指针来调用函数。


如下示例代码:


int add(int x,int y)
{
return x+y;
}
int main()
{
int a = 1, b = 2;
int (*p)(int, int);
p = add;
printf("%d + %d = %d ", a, b, p(a, b));
}

前文已经说过,函数的名字就代表函数的地址,所以函数名add就代表了这个加法函数在内存中的地址。
int (*p)(int, int);这条语句就是用来定义一个函数指针,它指向一个函数,这个函数必须符合下面这2点(学名叫:函数签名):


有2个int型的参数;
有一个int型的返回值。

代码中的add函数正好满足这个要求,因此,可以把add赋值给函数指针p,此时p就指向了内存中这个函数存储的地址,后面就可以用函数指针p来调用这个函数了。


在示例代码中,函数指针p是直接定义的,那如果想定义2个函数指针,难道需要像下面这样定义吗?


int (*p)(int, int);
int (*p2)(int, int);

这里的参数比较简单,如果函数很复杂,这样的定义方式岂不是要烦死?可以用typedef关键字来定义一个函数指针类型:


typedef int (*pFunc)(int, int);

然后用这样的方式pFunc p1, p2;来定义多个函数指针就方便多了。注意:只能把与函数指针类型具有相同签名的函数赋值给p1和p2,也就是参数的个数、类型要相同,返回值也要相同。


注意:这里有几个小细节稍微了解一下:


在赋值函数指针时,使用p = &a;也是可以的;
使用函数指针调用时,使用(*p)(a, b);也是可以的。

这里没有什么特殊的原理需要讲解,最终都是编译器帮我们处理了这里的细节,直接记住即可。


函数指针整明白之后,再和数组结合在一起:函数指针数组。示例代码如下:


int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }
int mul(int a, int b) { return a * b; }
int divide(int a, int b) { return a / b; }
int main()
{
int a = 4, b = 2;
int (*p[4])(int, int);
p[0] = add;
p[1] = sub;
p[2] = mul;
p[3] = divide;
printf("%d + %d = %d ", a, b, p[0](a, b));
printf("%d - %d = %d ", a, b, p[1](a, b));
printf("%d * %d = %d ", a, b, p[2](a, b));
printf("%d / %d = %d ", a, b, p[3](a, b));
}

这条语句不太好理解:int (*p[4])(int, int);,先分析中间部分,标识符p与中括号[]结合(优先级高),所以p是一个数组,数组中有4个元素;然后剩下的内容表示一个函数指针,那么就说明数组中的元素类型是函数指针,也就是其他函数的地址,内存模型如下:



如果还是难以理解,那就回到指针的本质概念上:指针就是一个地址!这个地址中存储的内容是什么根本不重要,重要的是你告诉计算机这个内容是什么。如果你告诉它:这个地址里存放的内容是一个函数,那么计算机就去调用这个函数。那么你是如何告诉计算机的呢,就是在定义指针变量的时候,仅此而已!


五、总结

我已经把自己知道的所有指针相关的概念、语法、使用场景都作了讲解,就像一个小酒馆的掌柜,把自己的美酒佳肴都呈现给你,但愿你已经酒足饭饱!


如果以上的内容太多,一时无法消化,那么下面的这两句话就作为饭后甜点为您奉上,在以后的编程中,如果遇到指针相关的困惑,就想一想这两句话,也许能让你茅塞顿开。


指针就是地址,地址就是指针。
指针就是指向内存中的一块空间,至于如何来解释/操作这块空间,由这个指针的类型来决定。

另外还有一点嘱咐,那就是学习任何一门编程语言,一定要弄清楚内存模型,内存模型,内存模型!


祝您好运!


【原创声明】

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