第5章
指
针
学习目标:
(1)掌握地址、指针、指针变量的概念。
(2)掌握指针变量的定义,理解指针指向数据类型的意义。
(3)掌握指针变量作为函数参数的用法。
(4)掌握指针函数与函数指针的不同及用法。
在C语言中,指针的使用非常广泛。作为C语言区别于其他程序设计语言的主要特
性之一,指针可以有效地表示和访问复杂的数据结构,动态分配内存,直接对内存地址进
行操作,提高程序的执行效率。由于指针的使用比较复杂,较难掌握,而且指针的误用还
会导致严重后果,甚至系统崩溃。因此,学习时要注意领会指针的本质和特点,只有谨慎
地使用指针,才可以利用它写出简单、清晰、高效的程序。
5.1
指针、指针变量的概念
1.地址与指针
5.1
计算机内存中的各个存储单元都是有序的,按字节编码。字节(byte)是最小的存储
单位。在计算机中,所有的数据都是存放在存储器中的。为了能够正确访问内存单元,内
存都是有编址的,根据编址可以快速准确地找到需要的内存单元。内存单元的编址也叫
地址,通常也把这个地址称为指针。内存单元的地址(指针)和内存单元的内容是两个不
同的概念,如同银行账号和存款数额不是一个概念一样。对一个内存单元来说,单元的地
址即为指针,其中存放的数据是该单元的内容。C语言中,允许用一个变量来存放地址
(指针), 这种变量称为指针变量。因此一个指针变量的值就是某个内存单元的地址,或称
为某内存单元的指针。
严格地说,一个指针是一个地址,是一个常量,而一个指针变量是可以被赋予不同的
指针值(地址), 是变量。但通常把指针变量简称为“指针”。为了避免混淆,约定“指针”是
指地址,是常量;“指针变量”是指取值为地址的变量。定义指针变量的目的是为了通过指
针变量去访问内存单元,从而获得内存单元里存放的数据。
1 22 C 语言程序设计教程(第2 版)
5.1.2 指针变量
在C语言中,一种数据类型或数据结构往往都占有一组连续的内存单元。用“地址”
这个概念并不能很好地描述一种数据类型或数据结构,只是所占用存储单元的起始地址
在哪,而“指针”虽然实际上也是一个地址,但它是“指向”一个数据结构的,它不仅可以表
达出起始地址在哪,而且还能反映出这种数据结构的存储空间。因而概念更为清楚,表示
更为明确。这也是引入“指针”概念的一个重要原因。例如,数组或函数都是连续存放的,
如果在一个指针变量中存放数组或一个函数的首地址,则通过这个指针变量不仅能够找
到该数组或函数的入口,还能反映出这个入口地址是什么数据结构的地址。
CPU 访问内存时需要的是地址,而不是变量名和函数名。变量名和函数名只是地址
的一种助记符,当源文件被编译和连接成可执行程序之后,它们都会被替换成地址。编译
和连接过程的一项重要任务就是找到这些名称所对应的地址。变量名在声明时会有一个
自己独特的地址,而程序在编译时也会把声明的变量名转换为指针,CPU 访问内存时需
要的就是转换之后的地址指针。编译就是负责这个转换的过程。变量名和函数名为我们
提供了方便,让我们在编写代码的过程中,可以使用易于阅读和理解的英文字符串,不用
直接面对二进制地址。需要注意的是,虽然变量名、函数名、字符串名、数组名等在本质上
是一样的,它们都是地址的助记符,但在编写代码的过程中,我们认为变量名表示的是数
据本身,而函数名和数组名表示的是代码块或数据块的首地址。原因是因为变量名指向
的是一个某种数据类型的内存空间地址,而函数名、字符串名、数组名,指向的是一块内存
中连续的数据类型空间的第一个字节的地址。
5.2 指针变量
5.2.1 指针变量的定义
指针变量首先是一个变量,在使用之前必须先定义。定义时不仅要标识出该变量是
指针类型的变量,而且还要标识出是可以指向什么类型数据的指针变量。
一般形式:
类型说明符 * 指针变量名;
其中,*表示定义的是一个指针变量,类型说明符指出该指针变量能够指向什么类型的数
据,即该指针变量可以赋予什么类型数据的地址。定义指针变量时,类型标识符一旦确定
就不能改变,如果定义了一个指向整型变量的指针变量,那么它就不能再指向其他类型的
变量了。也就是说,一个指针变量只能指向同一种类型的变量。
例如:
int * p1; /* 定义一个能够指向整型变量的指针变量*/
第5 章 指针1 23
float * p2; /* 定义一个能够指向单精度变量的指针变量*/
char * p3; /* 定义一个能够指向字符变量的指针变量*/
int*表示整型指针类型,char*表示字符指针类型。数据类型和*不能分开,如果
分开则不能表示是指针类型。
指针可以定义指向各种数据类型或结构的指针变量,包括基本数据类型、数组、函数
等,甚至还可以指向指针类型(另一个指针变量)。
1)&:取地址运算符
例如:
int a;
int * p=&a; /* 定义一个能够指向整型变量的指针变量,并将指向整型变量a */
2)*:取内容运算符
单目运算符,其结合性为自右至左,用来表示指针变量所指向变量的值(内容)。
例如:
int a=3;
int * p;
p=&a; /* 整型指针变量p 指向整型变量a */
printf("%d,%d",a,*p); / * *p 表示取得p 所指向变量的值*/
*p=5; /* 将指针变量p 指向的存储单元内容赋值为5,即a=5 */
【例5-1】 使用交换指针的方式,将两个整数按由大到小的顺序输出。
程序代码如下:
/* e5_1.c */
#include<stdio.h>
void main(){
int * p1,* p2,* p,a,b;
scanf("%d,%d",&a,&b);
p1=&a;p2=&b; /* p1 指向a,p2 指向b */
if(a<b){
p=p1;
p1=p2;
p2=p; } /* 通过指针变量p,交换p1 和p2 的指向*/
}
printf("a=%d,b=%d\n",a,b);
printf("max=%d,min=%d\n",*p1,*p2); /* 输出*p1 和*p2 的值*/
}
程序运行结果:(输入5,9)
a=5,b=9
max=9,min=5
交换前后的情况如图5.1所示。
1 24 C 语言程序设计教程(第2 版)
图5.1 例5-1交换前后的情况
程序说明:
(1)a和b并未交换,它们的值保持不变,但是p1和p2的值改变了。*p1和*p2是
取出指针p1和p2所指向的内存空间里的值。
(2)如要得到a和b的存储单元地址,可用语句“printf("%#0X,%#0X",&a,
&b);”输出。
若例5-1改写成下列代码:
#include <stdio.h>
void main(){
int * p1,* p2,t,a,b;
scanf("%d,%d",&a,&b);
p1=&a;p2=&b;
if(a<b){
t=*p1;
*p1=*p2;
*p2=t; } /* 通过临时整型变量t,交换*p1 和*p2 的值*/
}
printf("a=%d,b=%d\n",a,b); / * 输 出a 和b 的值*/
printf("max=%d,min=%d\n",*p1,*p2); /* 输出*p1 和*p2 的值*/
}
程序运行结果:(输入5,9)
a=9,b=5
max=9,min=5
程序说明:
修改前的程序,通过if语句,确保p1指向a、b中的大者,如输入5和9,p1原指向a,
则改成指向b,而a、b值没有变;修改后的程序,通过if语句,确保p1指向的单元(即a)的
数值大,如输入5和9,则p1指向的单元值为9,p2指向的单元值为5,p1、p2的指向没有
改变,但内部存储的值改变了(也就是通过指针变量p1、p2进行了变量a、b值的交换)。
不允许直接把一个数值赋予指针变量,下面的赋值是错误的:
int * p;
p=2000; /* 将一个十进制数赋予指针变量p,类型不匹配*/
第5 章 指针1 25
可以在定义一个指针变量的同时进行初始化。如:
int a=25;
int * p=&a; /* 正确。定义整型指针变量p 的同时,将a 的地址赋给p,即使p 指向变量a */
不能写成下列语句:
int a=25,*p;
*p=&a; /* 错误。左边是值,右边是地址,类型不一致。应改为p=&a; */
未经赋值的指针变量不能使用,否则将造成未知的错误,给系统正常运行带来隐患。
如下面的使用是错误的:
int * p;
*p=5;
由于指针变量p在定义后指向的位置不确定,因此直接对其赋值是危险的。
5.2.2 多级指针
如果在一个指针变量中存放一个目标变量的地址,是“单级间址”;如果在一个指针变
量中存放另一个指针变量,则为指向指针的指针,是“二级间址”。理论上说,间址方法可
以延伸到更多的级,但实际上在程序中很少有超过二级间址的情况。级数越多,越难理
图5.2 指向指针的指针
解,程序产生混乱和错误的机会也会增多。
指向指针的指针即指向指针变量的指针
变量。例如,指针变量q指向指针变量p,而p
又指向另一个数据变量i,则变量q就是指向
指针的指针,如图5.2所示。
定义的一般形式:
类型说明符**变量名
例如:
int**q;
定义了一个指针变量q,它指向另一个整型指针变量。变量q前面的*表示q是一
个指针变量,那q是一个能够存放什么类型的指针变量呢? 是一个能够存放(int*)类
型的,而(int*)类型是整型指针类型。因此,q是一个能够指向整型指针变量的指针
变量。
使用时,由于*是按自右至左结合,因此**q相当于*(*q)。如图5.2所示,q是一
个指向整型指针变量p的指针变量,*q就找到了p,**q就找到了i。
【例5-2】 多级指针的应用。
程序代码如下:
/* e5_2.c */
1 26 C 语言程序设计教程(第2 版)
#include<stdio.h>
void main(){
int**p1,*p2,n;
n=3;
p1=&p2;
p2=&n;
printf("%d,%d,%d\n",n,*p2,**p1);
*p2=5;
printf("%d,%d,%d\n",n,*p2,**p1);
**p1=7;
printf("%d,%d,%d\n",n,*p2,**p1);
}
程序运行结果:
3,3,3
5,5,5
7,7,7
程序说明:
p2是指向变量n,p1是指向指针变量p2,因此*p2就是p1,而**p1就是n。
5.2.3 指向void类型的指针
可以定义一个指针变量,但不指定指向哪一种类型数据。void的字面意思是“无类
型”,void*则为“无类型指针”,void*可以指向任何类型的数据。
假设有指针变量p1和p2,如果指针p1和p2的类型相同,那么可以直接在p1和p2
间互相赋值;如果p1和p2指向不同的数据类型,则必须使用强制类型转换运算符把赋值
运算符右边的指针类型转换为左边指针的类型。例如:
float * p1;
int * p2;
p1=p2; /*编译出错,应改成p1=(float *)p2;*/
无类型指针不同,任何类型的指针都可以直接赋值给它,无须进行强制类型转
换。如:
void * p1;
int * p2;
p1=p2; /*正确*/
但这并不意味着,void *也可以无须强制类型转换地赋给其他类型的指针。因为
“无类型”可以包容“有类型”,而“有类型”则不能包容“无类型”。下面的语句编译错误:
void * p1;
int * p2;
第5 章 指针1 27
p2=p1;
必须改为
p2=(int *)p1;
5.3 指针变量作为函数参数
函数参数可以是整型、实型、字符型等基本数据类型,也可以是指针类型。使用指针
变量作为函数参数,实际上向函数传递的是变量的地址。可以将被调用函数外部的地址
传递到函数内部,使得在函数内部可以操作函数外部的数据,并且这些数据不会随着函数
的调用结束而被销毁。像数组、字符串、动态分配的内存等都是一系列数据的集合,没有
办法通过一个参数全部传入函数内部,只能传递它们的指针,在函数内部通过指针来影响
这些数据集合。
【例5-3】 将两个整数按由大到小的顺序输出。用指针变量作为函数参数实现。
程序代码如下:
/* e5_3.c */
#include<stdio.h>
void swap(int * p1,int * p2){
int * p;
p=p1;
p1=p2;
p2=p;
ü
t
y
..
..
/* 通过指针变量p 交换形参p1 和p2 的指向*/
}v
oid main(){
int a,b;
int * pointer1,* pointer2;
printf("input a,b: ");
scanf("%d,%d",&a,&b);
pointer1=&a;
pointer2=&b;
if(a<b)
swap(pointer1,pointer2);
printf("%d,%d\n",a,b);
}
图5.3 调用函数前的情况
程序运行结果:
input a,b: 5,9
5,9
程序说明:很显然,程序的目标未能实现。
(1)程序运行时,将a和b的地址分别赋给指针变量
1 28 C 语言程序设计教程(第2 版)
pointer1和pointer2,使pointer1指向a,pointer2指向b,如图5.3所示。
(2)由于a<b,因此调用swap(),实参是两个指针变量,因此在定义swap()时形参
为两个指针变量p1和p2,用于接收实参。发生调用后,pointer1的值传给p1,pointer2的
值传给p2。此时p1和pointer1都指向变量a,p2和pointer2都指向变量b,如图5.4
所示。
图5.4 调用函数并进行参数传递
(3)执行swap()过程中,通过指针变量p使p1和p2的值互换(即指向互换)。此
时,p2指向变量a,p1指向变量b,如图5.5所示。
图5.5 执行swap()过程中指针发生变化
(4)swap()调用结束后,p1和p2不复存在(已释放)。可以看出,程序运行过程中,
仅交换swap()的形参p1和p2的值(即交换了指向),而实参pointer1、pointer2的指向及
所指对象(a、b)的值始终没有改变,因此,未能实现程序目标。
那么,如何才能实现程序目标呢? 可以用下面的代码实现。
#include<stdio.h>
void swap(int * p1,int * p2){
int p;
p=*p1;
*p1=*p2;
*p2=p; } /* 通过整型变量p 交换形参p1 和p2 所指变量的值*/
}v
oid main(){
int a,b;
int * pointer1,* pointer2;
printf("input a,b: ");
scanf("%d,%d",&a,&b);
第5 章 指针1 29
pointer1=&a;pointer2=&b;
if(a<b)
swap(pointer1,pointer2);
printf("%d,%d\n",a,b);
}
程序运行结果:
input a,b: 5,9
9,5
程序说明:很显然,程序的目标实现。
由于a<b,因此调用swap()。执行swap()过程中,通过整型变量p使p1和p2所指
变量的值互换。与p1和p2指向互换不同,*p1和*p2互换意味着p1和p2指向的存储
单元的值进行了互换,即a=9,b=5,p1和p2的指向并没有改变,还是p1指向a,p2指向
b,如图5.6所示。
图5.6 例5-3交换前后的情况
【例5-4】 一个自然数是素数,且它的数字位置经过任意对换后仍为素数,则称为绝
对素数,如13和31都是素数,所以13和31就是绝对素数。试求所有两位绝对素数。
程序代码如下:
/* e5_4.c */
#include<stdio.h>
void main(){
int m,m1,flag1,flag2;
void prime(int n,int * f); /* 函数的声明*/
for(m=10;m<100;m++){
m1=(m%10)*10+m/10; /* m1 为m 数字位置对换后的数*/
prime(m,&flag1); /* 判断m 是否为素数*/
prime(m1,&flag2); /* 判断m1 是否为素数*/
if(flag1&&flag2) /* 只有m 和m1 同时为素数才输出*/
printf("%5d",m);
}
}v
oid prime(int n,int * f){
int k;
1 30 C 语言程序设计教程(第2 版)
*f=1; /* 将*f 预先初始化为1 */
for(k=2;k<=n/2;k++)
if(!(n%k)) *f=0; /* 如果n 不是素数,则置*f 为0 */
}
程序运行结果:
11 13 17 31 37 71 73 79 97
程序说明:
(1)函数prime()用于判断n是否为素数,若*f最后取值为1则表示n是素数,*f
最后取值为0表示n不是素数。
(2)形参f指向实参flag1和flag2,在被调函数prime()中改变f所指变量的值,也就
是改变主调函数中flag1和flag2的值。
5.4 指针函数与函数指针
5.4.1 指针函数
学习函数时介绍过,所谓函数类型是指函数返回值的类型。在C语言中允许一个函
数的返回值是一个指针(即地址),这种返回指针值的函数称为指针函数。指针函数,首先
是一个函数,指针是说明函数的返回值类型,即一个返回值为指针的函数。
一般定义形式:
类型说明符* 函数名(形参表){
函数体
}
其中,“类型说明符*”是函数返回值的类型,很显然是一个指针类型。
函数返回值必须用同类型的指针变量来接收。也就是说,指针函数一定有函数返回
值,返回一个地址给主调函数,因此,在主调函数中,函数返回值必须赋给同类型的指针
变量。
【例5-5】 指针函数的使用。
/* e5_5.c */
#include<stdio.h>
int * add(int a, int b, int * pc){ /定义一个指针函数*/
*pc=a+b;
return pc;
}i
nt main(){
int a, b;
a=1;