C 圖解指針變量

1 指針變量的基本操作基本操作

    int a,*iptr,*jptr,*kptr;
    iptr = &a;
    jptr = iptr;
    *jptr = 100;
    kptr = NULL;

圖解：

1.1 己址和己空間

指針變量也是一個變量，對應一塊內存空間，對應一個內存地址，指針名就是己址。這空內存空間多大？一個機器字長（machine word），32 位的 CPU 和操作系統就是 32 個位，4 個字節，其值域爲：0x-0xFFFFFFFF。64 位的 CPU 和操作系統就是 64 個位，8 個字節，其值域爲：0x-0xFFFFFFFFFFFFFFFF。

1.2 己值、他址、他空間

指針變量的值就是其指向的空間的地址，指向的地址的空間大小就是指針變量指向類型的大小。

1.3 聲明與初始化

當聲明一個指針變量，沒有初始化時，指針變量只獲得了其自身的內存空間，而其指向還沒有確定，此時指針變量解引用做左值是非法操作。如果要使用指針變量解引用做左值，有三條途徑：

    int *ptr;
    int *ptr_2;
    int a = 1;
    ptr_2 = &a;
    // *ptr = 0;    // 非法操作，其指向其指向的內存空間還未確定
    ptr = &a;                       // ① 右值是一個變量地址
    ptr = ptr_2;                    // ② 右值是一個同類型指針，且已初始化
    ptr = (int*)malloc(sizeof(int));// ③ 右值是一個內存分配函數返回一個void指針
    *ptr = 0;       // 合法操作，ptr有了確定的指向及指向的內存空間；

1.4 函數之間指針值的傳遞

函數（如下例的 funcForSpace()）內定義局部變量（如下例的 a）保存在一個函數的棧幀上，當一個函數執行完畢後，另一個函數（如下例的 stackFrame_reuse()）執行時，該空間會被 stackFrame_reuse() 重複使用，a 所使用的空間將不復存在，所以當一個指針變量指向局部變量的內存空間時，其地址值傳遞給主調函數時，並不是一個有效值。

#include <stdio.h>

void funcForSpace(int **iptr) {
    int a = 10;
    *iptr = &a;
}
void stackFrame_reuse()
{
    int a[1024] = {0};
}
int main()
{
    int *pNew;
    funcForSpace(&pNew);
    printf("%d\n",*pNew); // 10，此時棧幀還未被重複使用
    stackFrame_reuse();
    printf("%d\n",*pNew); // -858993460，垃圾值
    while(1);
    return 0;
}

可以在 funcForSpace() 內分配一塊堆內存，傳遞給主調函數。

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
int g(int **iptr) { // 當試圖修改主調函數的一級指針變量時，被調函數的參數是一個二級指針
    if ((*iptr = (int *)malloc(sizeof(int))) == NULL)
        return -1;
}
int main()
{
    int *jptr;
    g(&jptr);
    *jptr = 10;
    printf("%d\n",*jptr); // 10
    free(jptr);
    while(1);
    return 0;
}

可以圖示一下以上代碼指針的傳遞過程：

以下圖示 a 表示計算機內存，b 表示一個函數調用時在棧（stack）上開闢的棧幀空間：

2 指針變量與數組名

數組名在一定的上下文中會轉換爲指向數組首元素的地址，以方便指針的算術運算，如

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a[5] = {0}; 
    char b[20] = {0};
    *(a+3) = 10;    // a+3是指相對於地址a，偏移sizeof(int)個字節
    *(b+3) = 'x';   // b+3是指相對於地址b，偏移sizeof(char)個字節

    printf("%d, %c\n",a[3],b[3]); // 10, x
    while(1);
    return 0;
}

可以圖示一下以上代碼指針的偏移細節：

3 主調函數與被調函數之間的指針傳遞

看以下代碼：

#include <stdio.h>
void swap1(int x, int y) {
    int tmp;
    tmp = x; x = y; y = tmp;
}
void swap2(int *x, int *y) {
    int tmp;
    tmp = *x; *x = *y; *y = tmp;
}
void caller()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    swap1(a,b);
    printf("%d %d\n",a,b);
    swap2(&a,&b);
    printf("%d %d\n",a,b);
}
int main()
{
    caller();
    return 0;
}

以上代碼可用以下圖示理解：

swap1 傳值：

swap2 傳址（指針傳遞）：

4 數組做函數參數

二維數組是數組的數組，n 維數組是 n-1 維數組的數組。內存是一維的字節序列，所謂的 n 維數組其實只是一個邏輯意義的表示，其物理結構還是一維線性的。

n 維數組的元素是一個 n-1 維數組。如果用指針指向一個 n 維數組，其指針類型必須有 n-1 維的長度信息，當其用作函數參數時也是如此。

void g(int a[][2]) { // void g(int(*a)[2]){是相同寫法
    a[2][0] = 5;
}
void caller()
{
    int a[3][2];
    int (*p)[2] = a;
    *(*(p+2)+0) = 7; // p=2表示相對於地址p偏移sizeof(*p)
    printf("%d\n",a[2][0]);  // 7
    g(a);
    printf("%d\n",a[2][0]); //  5
}

以下代碼可以用以下圖示輔助理解：

ref:

Kyle Loudon《 Mastering Algorithms with C》

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/RVzsbfRqUmsNlTBpO7X1GQ

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