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大話C語言指針變量

編輯：C語言基礎知識

數據在內存中的地址也稱為指針，如果一個變量存儲了一份數據的指針，我們就稱它為指針變量。

在C語言中，允許用一個變量來存放指針，這種變量稱為指針變量。指針變量的值就是某份數據的地址，這樣的一份數據可以是數組、字符串、函數，也可以是另外的一個普通變量或指針變量。

現在假設有一個 char 類型的變量 c，它存儲了字符 'K'（ASCII碼為十進制數 75），並占用了地址為 0X11A 的內存（地址通常用十六進制表示）。另外有一個指針變量 p，它的值為 0X11A，正好等於變量 c 的地址，這種情況我們就稱 p 指向了 c，或者說 p 是指向變量 c 的指針。

定義指針變量

定義指針變量與定義普通變量非常類似，不過要在變量名前面加星號*，格式為：

datatype *name;

或者

datatype *name = value;

*表示這是一個指針變量，datatype表示該指針變量所指向的數據的類型。例如：

int *p1;

p1 是一個指向 int 類型數據的指針變量，至於 p1 究竟指向哪一份數據，應該由賦予它的值決定。再如：

int a = 100;
int *p_a = &a;

在定義指針變量 p_a 的同時對它進行初始化，並將變量 a 的地址賦予它，此時 p_a 就指向了 a。值得注意的是，p_a 需要的一個地址，a 前面必須要加取地址符&，否則是不對的。

和普通變量一樣，指針變量也可以被多次寫入，只要你想，隨時都能夠改變指針變量的值，請看下面的代碼：

//定義普通變量
float a = 99.5, b = 10.6;
char c = '@', d = '#';
//定義指針變量
float *p1 = &a;
char *p2 = &c;
//修改指針變量的值
p1 = &b;
p2 = &d;

*是一個特殊符號，表明一個變量是指針變量，定義 p1、p2 時必須帶*。而給 p1、p2 賦值時，因為已經知道了它是一個指針變量，就沒必要多此一舉再帶上*，後邊可以像使用普通變量一樣來使用指針變量。也就是說，定義指針變量時必須帶*，給指針變量賦值時不能帶*。

假設變量 a、b、c、d 的地址分別為 0X1000、0X1004、0X2000、0X2004，下面的示意圖很好地反映了 p1、p2 指向的變化：需要強調的是，p1、p2 的類型分別是float*和char*，而不是float和char，它們是完全不同的數據類型，讀者要引起注意。

指針變量也可以連續定義，例如：

int *a, *b, *c;  //a、b、c 的類型都是 int*

注意每個變量前面都要帶*。如果寫成下面的形式，那麼只有 a 是指針變量，b、c 都是類型為 int 的普通變量：

int *a, b, c;

通過指針變量取得數據

指針變量存儲了數據的地址，通過指針變量能夠獲得該地址上的數據，格式為：

*pointer;

這裡的*稱為指針運算符，用來取得某個地址上的數據，請看下面的例子：

#include <stdio.h>

int main(){
    int a = 15;
    int *p = &a;
    printf("%d, %d\n", a, *p);  //兩種方式都可以輸出a的值
    return 0;
}

運行結果：
15, 15

假設 a 的地址是 0X1000，p 指向 a 後，p 本身的值也會變為 0X1000，*p 表示獲取地址 0X1000 上的數據，也即變量 a 的值。從運行結果看，*p 和 a 是等價的。

上節我們說過，CPU 讀寫數據必須要知道數據在內存中的地址，普通變量和指針變量都是地址的助記符，雖然通過 *p 和 a 獲取到的數據一樣，但它們的運行過程稍有不同：a 只需要一次運算就能夠取得數據，而 *p 要經過兩次運算，多了一層“間接”。

假設變量 a、p 的地址分別為 0X1000、0XF0A0，它們的指向關系如下圖所示：程序被編譯和鏈接後，a、p 被替換成相應的地址。使用 *p 的話，要先通過地址 0XF0A0 取得變量 p 本身的值，這個值是變量 a 的地址，然後再通過這個值取得變量 a 的數據，前後共有兩次運算；而使用 a 的話，可以通過地址 0X1000 直接取得它的數據，只需要一步運算。

也就是說，使用指針是間接獲取數據，使用變量名是直接獲取數據，前者比後者的代價要高。

指針除了可以獲取內存上的數據，也可以修改內存上的數據，例如：

#include <stdio.h>

int main(){
    int a = 15, b = 99, c = 222;
    int *p = &a;  //定義指針變量
    *p = b;  //通過指針變量修改內存上的數據
    c = *p;  //通過指針變量獲取內存上的數據
    printf("%d, %d, %d, %d\n", a, b, c, *p);
    return 0;
}

運行結果：
99, 99, 99, 99

*p 代表的是 a 中的數據，它等價於 a，可以將另外的一份數據賦值給它，也可以將它賦值給另外的一個變量。

*在不同的場景下有不同的作用：*可以用在指針變量的定義中，表明這是一個指針變量，以和普通變量區分開；使用指針變量時在前面加*表示獲取指針指向的數據，或者說表示的是指針指向的數據本身。

也就是說，定義指針變量時的*和使用指針變量時的*意義完全不同。以下面的語句為例：

int *p = &a;
*p = 100;

第1行代碼中*用來指明 p 是一個指針變量，第2行代碼中*用來獲取指針指向的數據。

需要注意的是，給指針變量本身賦值時不能加*。修改上面的語句：

int *p;
p = &a;
*p = 100;

第2行代碼中的 p 前面就不能加*。

指針變量也可以出現在普通變量能出現的任何表達式中，例如：

int x, y, *px = &x, *py = &y;
y = *px + 5;  //表示把x的內容加5並賦給y，*px+5相當於(*px)+5
y = ++*px;  //px的內容加上1之後賦給y，++*px相當於++(*px)
y = *px++;  //相當於y=(*px)++
py = px;  //把一個指針的值賦給另一個指針

【示例】通過指針交換兩個變量的值。

#include <stdio.h>

int main(){
    int a = 100, b = 999, temp;
    int *pa = &a, *pb = &b;
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
    /*****開始交換*****/
    temp = *pa;  //將a的值先保存起來
    *pa = *pb;  //將b的值交給a
    *pb = temp;  //再將保存起來的a的值交給b
    /*****結束交換*****/
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
    return 0;
}

運行結果：
a=100, b=999
a=999, b=100

從運行結果可以看出，a、b 的值已經發生了交換。需要注意的是臨時變量 temp，它的作用特別重要，因為執行*pa = *pb;語句後 a 的值會被 b 的值覆蓋，如果不先將 a 的值保存起來以後就找不到了。

關於 * 和 & 的謎題

假設有一個 int 類型的變量 a，pa 是指向它的指針，那麼*&a和&*pa分別是什麼意思呢？

*&a可以理解為*(&a)，&a表示取變量 a 的地址（等價於 pa），*(&a)表示取這個地址上的數據（等價於 *pa），繞來繞去，又回到了原點，*&a仍然等價於 a。

&*pa可以理解為&(*pa)，*pa表示取得 pa 指向的數據（等價於 a），&(*pa)表示數據的地址（等價於 &a），所以&*pa等價於 pa。