《彻底搞定C指针》第一篇---变量的内存实质

《彻底搞定C指针》第一篇---变量的内存实质

2008-01-06 12:35

一．先来理解C语言中变量的实质
     要理解C指针，我认为一定要理解C中“变量”的存储实质，所以我就从“变量”这个东西开始讲起吧！
     先来理解理解内存空间吧！请看下图：

内存地址→   6       7        8       9        10       11       12       13
---------------------------------------------------------------------------- 
··· |        |        |        |        |        |        |        |        |··
--------------------------------------------------------------------------- 

     如图所示，内存只不过是一个存放数据的空间，就好像我的看电影时的电影院中的座位一样。每个座位都要编号，我们的内存要存放各种各样的数据，当然我们要知道我们的这些数据存放在什么位置吧！所以内存也要象座位一样进行编号了，这就是我们所说的内存编址。座位可以是按一个座位一个号码的从一号开始编号，内存则是按一个字节一个字节进行编址，如上图所示。每个字节都有个编号，我们称之为内存地址。好了，我说了这么多，现在你能理解内存空间这个概念吗？
     我们继续看看以下的C、C++语言变量申明：
int i;
char a;
     每次我们要使用某变量时都要事先这样申明它，它其实是内存中申请了一个名为i的整型变量宽度的空间（DOS下的16位编程中其宽度为二个字节），和一个名为a的字符型变量宽度的空间(占一个字节)。
     我们又如何来理解变量是如何存在的呢。当我们如下申明变量时：
int i;
char a;
内存中的映象可能如下图：

内存地址→    6       7        8       9       10       11     12       13
-------------------------------------------------------------------------
···|        |        |        |        |        |        |        |        |··
-------------------------------------------------------------------------  
变量名|→i           ←|→a   ←|

     图中可看出，i在内存起始地址为6上申请了两个字节的空间（我这里假设了int的宽度为16位，不同系统中int的宽度是可能不一样的），并命名为i。 a在内存地址为8上申请了一字节的空间，并命名为a。这样我们就有两个不同类型的变量了。
    
2.赋值给变量
     再看下面赋值：
i=30
a=’t’
     你当然知道个两个语句是将30存入i变量的内存空间中，将’t’字符存入a变量的内存空间中。我们可以这样的形象理解啦：

内存地址→    6       7        8       9       10       11     12       13
-----------------------------------------------------------------------------
··· |        30       |   ‘t’   |        |        |        |        |        |··
-----------------------------------------------------------------------------
        |→i           ←|→a   ←|


3。变量在哪里？（即变量的地址）
     好了，接下来我们来看看&i是什么意思？
     是取i变量所在的地址编号嘛！我们可以这样读它：返回i变量的地址编号。你记住了吗？
     我要在屏幕上显示变量的地址值的话，可以写如下代码：
printf(“%d”,&i);
     以上图的内存映象所例，屏幕上显示的不是i值30，而是显示i的内存地址编号6了。当然实际你操作的时，i变量的地址值不会是这个数了。
     这就是我认为作为初学者们所应想象的变量存储实质了。请这样理解吧！

     最后总结代码如下：
int main()
{
       int i=39;
       printf(“%d\n”,i);    //①
       printf(“%d\n”,&i);   //②
     }
     现在你可知道①、②两个printf分别在屏幕上输出的是i的什么东西啊?
     好啦，下面我们就开始真正进入指针的学习了。Come on ！（待续...)

二．指针是什么东西
指针，想说弄懂你不容易啊！我们许多初学指针的人都要这样的感慨。我常常在思索它，为什么呢？其实生活中处处都有指针。我们也处处在使用它。有了它我们的生活才更加方便了。没有指针，那生活才不方便。不信？你看下面的例子。
这是一个生活中的例子：比如说你要我借给你一本书，我到了你宿舍，但是你人不在宿舍，于是我把书放在你的2层3号的书架上，并写了一张纸条放在你的桌上。纸条上写着：你要的书在第2层3号的书架上。当你回来时，看到这张纸条。你就知道了我借与你的书放在哪了。你想想看，这张纸条的作用，纸条本身不是书，它上面也没有放着书。那么你又如何知道书的位置呢？因为纸条上写着书的位置嘛！其实这张纸条就是一个指针了。它上面的内容不是书本身，而是书的地址，你通过纸条这个指针找到了我借给你的本书。
那么我们C，C++中的指针又是什么呢？请继续跟我来吧，看下面看一个申明一整型指针变量的语句如下：
int * pi;
pi是一个指针，当然我们知道啦，但是这样说，你就以为pi一定是个多么特别的东西了。其实，它也只过是一个变量而已。与上一篇中说的变量并没有实质的区别。不信你看下面图。
内存地址→6      7        8       9      10      11       12      13      14
-------------------------------------------------------------------
···|     30       |   ‘t’ |       |       |       |       |       |       |．．．
--------------------------------------------------------------------
变量 |→i        ←|→a    ←|              |→ pi       ←|
（说明：这里我假设了指针只占2个字节宽度，实际上在32位系统中，指针的宽度是4个字节宽的，即32位。）由图示中可以看出,我们使用int *Pi申明指针变量; 其实是在内存的某处申明一个一定宽度的内存空间,并把它命名为Pi。你能在图中看出pi与前面的i,a 变量有什么本质区别吗，没有，当然没有！pi也只不过是一个变量而已嘛！那么它又为什么会被称为指针？关键是我们要让这个变量所存储的内容是什么。现在我要让pi成为真正有意义上的指针。请接着看下面语句：
pi=&i;
你应该知道 &i是什么意思吧！再次提醒你啦：这是返回i变量的地址编号。整句的意思就是把i地址的编号赋值给pi，也就是你在pi上写上i的地址编号。结果如下图所示：
内存地址→6      7        8        9        10      11     12      13      14
----------------------------------------------------------------------
···|      30       |   ‘t’   |       |       |      6       |       |       |．．．
----------------------------------------------------------------------
变量 |→i         ←|→a     ←|              |→ pi      ←|
你看，执行完pi=&i;后，在图示中的系统中，pi的值是6。这个6就是i变量的地址编号，这样pi就指向了变量i了。你看，pi与那张纸条有什么区别？pi不就是那张纸条嘛！上面写着i的地址，而i就是那个本书。你现在看懂了吗？因此，我们就把pi称为指针。所以你要记住，指针变量所存的内容就是内存的地址编号！好了，现在我们就可以通过这个指针pi来访问到i这个变量了，不是吗？。看下面语句：
printf(“%d”,*pi);
那么*pi什么意思呢？你只要这样读它：pi内容所指的地址的内容（嘻嘻，看上去好像在绕口令了），就pi这张“纸条”上所写的位置上的那本 “书”---i 。你看，Pi内容是6，也就是说pi指向内存编号为6的地址。*pi嘛！就是它所指地址的内容，即地址编号6上的内容了。当然就是30的值了。所以这条语句会在屏幕上显示30。也就是说printf(“%d”,*pi);语句等价于printf( “%d”, i ) ，请结合上图好好体会吧！各位还有什么疑问，可以发Email:[e-mail]。
到此为止，你掌握了类似&i , *pi写法的含义和相关操作吗。总的一句话，我们的纸条就是我们的指针，同样我们的pi也就是我们的纸条！剩下的就是我们如何应用这张纸条了。最后我给你一道题：程序如下。
char   a,*pa
a=10
pa=&a
*pa=20
printf( “%d”, a)
你能直接看出输出的结果是什么吗？如果你能，我想本篇的目的就达到了。好了，就说到这了。Happy to Study！在下篇中我将谈谈“指针的指针”即对int * * ppa;中ppa 的理解。

三.指针与数组名

1. 通过数组名访问数组元素
    看下面代码
int i,a[]={3,4,5,6,7,3,7,4,4,6};
for (i=0;i<=9;i++)
{
    printf ( “%d”, a[i] );
}
    很显然，它是显示a 数组的各元素值。
    我们还可以这样访问元素，如下
int i,a[]={3,4,5,6,7,3,7,4,4,6};
for (i=0;i<=9;i++)
{
    printf ( “%d”,   *(a+i) );
}
    它的结果和作用完全一样

2. 通过指针访问数组元素
int i,*pa,a[]={3,4,5,6,7,3,7,4,4,6};
pa =a   ;//请注意数组名a直接赋值给指针pa
for (i=0;i<=9;i++)
{
    printf ( “%d”, pa[i] );
}
    很显然，它也是显示a 数组的各元素值。
    另外与数组名一样也可如下：
int i,*pa,a[]={3,4,5,6,7,3,7,4,4,6};
pa =a;
for (i=0;i<=9;i++)
{
    printf ( “%d”, *(pa+i) );
}
    看pa=a即数组名赋值给指针，以及通过数组名、指针对元素的访问形式看，它们并没有什么区别，从这里可以看出数组名其实也就是指针。难道它们没有任何区别？有，请继续。

3. 数组名与指针变量的区别
    请看下面的代码：
int i,*pa,a[]={3,4,5,6,7,3,7,4,4,6};
pa =a;
for (i=0;i<=9;i++)
{
    printf ( “%d”, *pa );
     pa++ ;   //注意这里，指针值被修改
}
    可以看出，这段代码也是将数组各元素值输出。不过，你把{}中的pa改成a试试。你会发现程序编译出错，不能成功。看来指针和数组名还是不同的。其实上面的指针是指针变量，而数组名只是一个指针常量。这个代码与上面的代码不同的是，指针pa在整个循环中，其值是不断递增的，即指针值被修改了。数组名是指针常量，其值是不能修改的，因此不能类似这样操作：a++。前面4，5节中pa[i]，*(pa+i)处，指针pa的值是使终没有改变。所以变量指针pa与数组名a可以互换。

4. 申明指针常量
    再请看下面的代码：
int i, a[]={3,4,5,6,7,3,7,4,4,6};
int * const pa=a;//注意const的位置：不是const int * pa，
for (i=0;i<=9;i++)
{
    printf ( “%d”, *pa );
     pa++ ;   //注意这里，指针值被修改
}
    这时候的代码能成功编译吗？不能。因为pa指针被定义为常量指针了。这时与数组名a已经没有不同。这更说明了数组名就是常量指针。但是…
    int * const a={3,4,5,6,7,3,7,4,4,6};//不行
    int a[]={3,4,5,6,7,3,7,4,4,6};//可以，所以初始化数组时必定要这样。
    以上都是在VC6.0上实验。

1 从const int i 说起
     你知道我们申明一个变量时象这样int i ；这个i是可能在它处重新变赋值的。如下：
int i=0;
//…
i=20;//这里重新赋值了
     不过有一天我的程序可能需要这样一个变量（暂且称它变量），在申明时就赋一个初始值。之后我的程序在其它任何处都不会再去重新对它赋值。那我又应该怎么办呢？用const 。
//**************
const int ic =20;
//…
ic=40;//这样是不可以的，编译时是无法通过，因为我们不能对const 修饰的ic重新赋值的。
//这样我们的程序就会更早更容易发现问题了。
//**************
     有了const修饰的ic 我们不称它为变量，而称符号常量，代表着20这个数。这就是const 的作用。ic是不能在它处重新赋新值了。
     认识了const 作用之后，另外，我们还要知道格式的写法。有两种：const int ic=20;与int const ic=20;。它们是完全相同的。这一点我们是要清楚。总之，你务必要记住const 与int哪个写前都不影响语义。有了这个概念后，我们来看这两个家伙：const int * pi与int const * pi ，按你的逻辑看，它们的语义有不同吗？呵呵，你只要记住一点，int 与const 哪个放前哪个放后都是一样的，就好比const int ic;与int const ic;一样。也就是说，它们是相同的。
     好了，我们现在已经搞定一个“双包胎”的问题。那么int * const pi与前两个式子又有什么不同呢？我下面就来具体分析它们的格式与语义吧！

2 const int * pi的语义
     我先来说说const int * pi是什么作用 （当然int const * pi也是一样的，前面我们说过，它们实际是一样的）。看下面的例子：
//*************代码开始***************
int i1=30;
int i2=40;
const int * pi=&i1;
pi=&i2;     //4.注意这里，pi可以在任意时候重新赋值一个新内存地址
i2=80;     //5.想想看：这里能用*pi=80;来代替吗？当然不能
printf( “%d”, *pi ) ;   //6.输出是80
//*************代码结束***************
语义分析： 
     看出来了没有啊，pi的值是可以被修改的。即它可以重新指向另一个地址的，但是，不能通过*pi来修改i2的值。这个规则符合我们前面所讲的逻辑吗？当然符合了！
     首先const   修饰的是整个*pi（注意，我写的是*pi而不是pi）。所以*pi是常量，是不能被赋值的（虽然pi所指的i2是变量，不是常量）。
     其次，pi前并没有用const 修饰，所以pi是指针变量，能被赋值重新指向另一内存地址的。你可能会疑问：那我又如何用const 来修饰pi呢？其实，你注意到int * const pi中const 的位置就大概可以明白了。请记住，通过格式看语义。哈哈，你可能已经看出了规律吧？那下面的一节也就没必要看下去了。不过我还得继续我的战斗！

3 再看int * const pi
     确实，int * const pi与前面的int const * pi会很容易给混淆的。注意：前面一句的const 是写在pi前和*号后的，而不是写在*pi前的。很显然，它是修饰限定pi的。我先让你看例子：
//*************代码开始***************
int i1=30;
int i2=40;
int * const pi=&i1;
//pi=&i2;     4.注意这里，pi不能再这样重新赋值了，即不能再指向另一个新地址。
       //所以我已经注释了它。
i1=80;     //5.想想看：这里能用*pi=80;来代替吗？可以，这里可以通过*pi修改i1的值。
     //请自行与前面一个例子比较。
printf( “%d”, *pi ) ;   //6.输出是80
//***************代码结束*********************
语义分析： 
     看了这段代码，你明白了什么？有没有发现pi值是不能重新赋值修改了。它只能永远指向初始化时的内存地址了。相反，这次你可以通过*pi来修改i1的值了。与前一个例子对照一下吧！看以下的两点分析
     1). pi因为有了const 的修饰，所以只是一个指针常量：也就是说pi值是不可修改的（即pi不可以重新指向i2这个变量了）(看第4行)。
     2). 整个*pi的前面没有const 的修饰。也就是说，*pi是变量而不是常量，所以我们可以通过*pi来修改它所指内存i1的值（看5行的注释）
     总之一句话，这次的pi是一个指向int变量类型数据的指针常量。
我最后总结两句：
     １）．如果const 修饰在*pi前则不能改的是*pi(即不能类似这样：*pi=50;赋值)而不是指pi。
     ２）．如果const 是直接写在pi前则pi不能改(即不能类似这样：pi=&i;赋值)。
请你务必先记住这两点，相信你一定不会再被它们给搞糊了。现在再看这两个申明语句int const *pi和int * const pi时，呵呵，你会头昏脑胀还是很轻松惬意？它们各自申明的pi分别能修改什么，不能修改什么？再问问自己，把你的理解告诉我吧，可以发帖也可以发到我的邮箱（我的邮箱[e-mail]）！我一定会答复的。

３．补充三种情况。
     这里，我再补充以下三种情况。其实只要上面的语义搞清楚了，这三种情况也就已经被包含了。不过作为三种具体的形式，我还是简单提一下吧！

情况一：int * pi指针指向const int i常量的情况
//**********begin*****************
const int i1=40;
int *pi;
pi=&i1;　//这样可以吗？不行，VC下是编译错。
     //const int 类型的i1的地址是不能赋值给指向int 类型地址的指针pi的。否则pi岂不是能修改i1的值了吗！
pi=(int* ) &i1;　　//　这样可以吗？强制类型转换可是C所支持的。
       //ＶＣ下编译通过，但是仍不能通过*pi=80来修改i1的值。去试试吧！看看具体的怎样。
//***********end***************
mark1
情况二：const int * pi指针指向const int i1的情况
//*********begin****************
const int i1=40;
const int * pi;
pi=&i1;//两个类型相同，可以这样赋值。很显然，i1的值无论是通过pi还是i1都不能修改的。
//*********end*****************

情况三：用const int * const pi申明的指针
//***********begin****************
int i
const int * const pi=&i;//你能想象pi能够作什么操作吗？pi值不能改，也不能通过pi修改i的值。因为不管是*pi还是pi都是const的。
//************end****************
下篇预告：函数参数的指针传递，值传递，引用传递。