C语言深入知识——（2）指针的深入理解

1、字符指针

（1）字符指针的普通用法

char a = 'A';
char* pa = &a;

但是一般来说字符指针很少这么用……更多是拿来存储一个字符串

（2）字符串的两种存储以及区别

• 现在有了两种存储数组的方法
  • ①一个是使用char类型数组存储
  • ②另外一个是使用指向char类型的指针存储数组的首元素地址，将其当成字符串的“标记”

#include <stdio.h>
int main()
{char str1[] = "hello word.";char str2[] = "hello word.";const char *str3 = "hello word.";//将字符串的首字母h的地址存储在str3里面const char *str4 = "hello word.";if(str1 == str2)printf("str1 and str2 are same\n");elseprintf("str1 and str2 are not same\n");if(str3 == str4)printf("str3 and str4 are same\n");elseprintf("str3 and str4 are not same\n");return 0;
}

• 两个数组存储不同的字符串，尽管他们的内容是相同的
• 两个字符指针都指向内容相同的字符串

这意味着str3和str4指向的是同一个常量字符串，C/C++会把常量字符串存储到一个单独的内存区域，当几个指针指向同一串字符串时，他们实际是指向同一块内存。但是用相同的常量字符串去初始化不同数组时，数组会对常量字符串进行拷贝，开辟出不同的内存块，所以str1!=str2，但是str3==str4

（3）存储多个字符串----字符指针数组

int main()
{char* arr[3] = { "abcd", "cdf", "jiuh" };int i = 0;for(i = 0; i < 3; i++){printf("%s\n", arr[i]);}return 0;
}

2、指针数组

比较简单，直接写下code就可以

char* arr[4];//存储了4个char*指针
char** arr[10];//存储了10个char**指针

3、数组指针

（1）数组的基础概念

• 数组名字有两种情况如下code

//复习数组的名字含义
#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 0 };printf("%p\n", arr);//数组名字就是首元素地址printf("%p\n", &arr[0]);//取出了首元素地址printf("%p\n, &arr);//1、取出来整个数组的地址，尽管&arr和&arr[0]的值一样，但是意义不一样（类型不一样），前者是数组类型int[10]，后者是整型类型intprintf("%zd\n", sizeof(arr));//2、这里的arr依旧是整个数组return 0;
}

①sizeof(数组名)，这里的数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小
②&数组名，这里取出来的是整个数组地址，尽管它的值和数组的首元素地址相同，两者是有区别的

最大的区别就在于int arr[10]声明后，arr是首元素地址，指针类型是int*，这是个数组指针。而能存放&arr这个地址的指针类型是int(*)[10]。这点在对两种指针进行+/-整数的时候会更加明显，因为指针会根据指向的类型对地址值进行增加 （数组指针后面会讲）

（2）数组指针的定义

数组指针也是指针

int (*p)[10];//p是一个指向一维整型数组的指针，该数组内含10个int类型

注意[]和()具有相同的优先级，结合性是从左向右结合。并且优先级都比*高。

（3）数组指针的使用

//第一种使用方法
int main()
{int arr[10] = {1, 2, 3, 4, 5};int (*p)[10] = &arr;return 0;
}语法逻辑没毛病，可以，但是一般不会这么使用

//第二种使用方法
#include <stdio.h>
void print_arr1(int arr[3][5], int row, int col)
{int i = 0;for(i=0; i<row; i++){for(j=0; j<col; j++){printf("%d ", arr[i][j]);}printf("\n");}
}void print_arr2(int (*arr)[5], int row, int col)
{int i = 0;for(i=0; i<row; i++){for(j=0; j<col; j++){printf("%d ", arr[i][j]);}printf("\n");}
}int main()
{int arr[3][5] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};//数组名arr，表示首元素的地址//但是二维数组的首元素是二维数组的第一行，指向这一行的指针类型可以写成int [][5]或者int (*)[5]//所以这里传递的arr，其实相当于第一行的地址，是一维数组的地址print_arr1(arr, 3, 5);print_arr2(arr, 3, 5);return 0;
}

（4）更多数组指针的解读

int arr[5];//单纯是个整型数组int* parr1[10];//单纯是一个指针数组，每一个指针都指向一个intint (*parr2)[10];//数组指针，该指针指向一个包含10个int元素的数组int (*parr3[10])[5];//指针数组，可以思考成“int(*)[5] parr3[10]”（与int arr[5]是类似的）很明显，这是一个包含10个元素的数组，每个元素都int(*)[5]这种类型的指针，这种指针指向一包含5个元素的数组

4、数组传参和指针传参

（1）一维数组传参

#include <stdio.h>
void test1(int arr[])//可以这么写
{//code
}
void test1(int arr[10])//10写与不写都行，无所谓，C会将它忽略
{//code
}
void test1(int *arr)//可以的，传过来的arr1的拷贝是一个int元素地址
{//code
}void test2(int *arr[20])//20写与不写都行，C依旧会将它忽略
{//code
}
void test2(int **arr)//也可以，传过来的arr2的拷贝是一个int*元素的地址
{//code
}int main()
{int arr[10] = {0};int *arr2[20] = {0};test(arr1);test2(arr2);
}

（2）二维数组传参

void test(int arr[3][5])//可以使用，不过3会被忽略
{//code
}
void test(int arr[][])//不可以使用，5必须留下来
{//code
}
void test(int arr[][5])//可以使用
{//code
}
//二维数组传参，函数形参的设计只能省略第一个[]的数字。
//对一个二维数组，可以不知道有多少行，但是必须知道一行多少元素。void test(int *arr)//不行，类型不匹配，拷贝过来的参数是一个指向一维数组的指针，而这个参数仅仅是一个一维指针
{//code
}
void test(int* arr[5])//不行，这是一个指针数组，根本没有关系 
{//code
}
void test(int (*arr)[5])//可以这么写，指针类型匹配了
{//code
}
void test(int **arr)//不行，指针类型不匹配
{//code
}int main()
{int arr[3][5] = {0};test(arr);
}

//使用二维数组指针（深刻理解）
void print(int(*p)[20], int x, int y)
{//二维数组的名字就是首元素的地址，其地址就是第一行数组的地址，也就是指向一维数组类型的指针，因此不能写形参为int**//又因为一维数组的整体地址&arr和其首元素地址&arr[0]起始位置相同，故从值来看是一样的，但是两者的指针类型完全不同for (int i = 0; i < x; i++){for (int j = 0; j < y; j++){printf("%d", *(* (p + i) + j));//得到数组名，利用i得到每一行的数组名，利用j得到某一行的每一列的元素地址}}
}
int main()
{int arr[10][20] = { {1, 2, 3}, {2, 3, 4} };print(arr, 10, 20);return 0;
}

（3）一级指针传参

#include <stdio.h>
void print(int *p, int sz)
{int i = 0;for(i=0; i<sz; i++){printf("%d\n", *(p+i));}
}
int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};int *p = arr;int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);//一级指针p，传给函数print(p, sz);return 0;
}

（4）二级指针传参

#include <stdio.h>
void test(int** ptr)
{printf("num = %d\n", **ptr);
}
int main()
{int n = 10;int*p = &n;int **pp = &p;test(pp);test(&p);return 0;
}

（5）总结

指针的类型一定要匹配好，尽管类型不匹配的时候依旧可以进行传参（因为所有地址在同一个平台都是一样大小的，只是存储一个地址，理论上用什么类型的指针都可以存储），但是在后续使用指针的时候（解引用指针）就会发生错误，指针会根据指针类型访问不同大小的内存

5. 函数指针

• 整型指针int*
• 字符指针char*
• 指向数组int arr[10]的数组指针int (*p)[10]
• 指向函数function()的函数指针int (*pf)(int, int) = function（或者int (*pf)(int, int) = &function）其中函数function()是一个有两个int参数，返回值为int的函数

（1）函数指针

• 对于函数function()，其函数指针类型为【返回值 (*指针名) (参数类型的列表)】

• 若想使用这个函数就要进行解引用，使用【(* pf)(参数列表)】或者【pf(参数列表)】都可以。编译器在处理的时候，没有 * 也行，但是要用 * 就一定要加括号

  • 尽管这样很矛盾，但是调用函数指针时，使用*pf和pf是一样的，即：函数名==函数的地址，而(&函数名)==函数的地址
  • 若是理解pf为指针，则*pf变成函数名字，*pf()就相当于function()
  • 若是理解pf为函数名，则pf本身就是函数的名字，pf()就相当于function()
  • C允许这两种写法，认为两种都合理

//例子
char* test(int c, float* pf)
{//某些代码
}
int main()
{char* (*pt)(int, float*)pf = test;test(参数列表)return 0;
}

（2）有关函数指针的一些有趣的代码

//代码1
(*(  void (*)()  )0)();//从最里面开始理解void(*)()是一个指向“返回值为空，参数列表为空”函数的函数指针
//然后将0的int类型强制转化为函数指针类型，于是0成了一个函数指针类型的地址
//再解引用0这个地址，得到0地址处的函数，然后使用这个函数

//代码2
void (*  signal(int , void(*)(int))  )(int);//等价代码如下
//typedef void(*pfun_t)(int);//注意pfun_t是一个和void(*)(int)同类型名，将pfun_t放在*旁边是为了指明pfun_t是一个指针而已，这只是语法形式要求
//pfun_t signal(int, pfun_t);//因此有一个简化代码的技巧就是使用typedef

这两段代码来自于《C陷阱与缺陷》，是本出名的C语言书籍

6. 函数指针数组

（1）使用例子

#include <stdio.h>
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 div(int a, int b)
{return a / b;
}
int main()
{int x, y;int input = 1;int ret = 0;do{printf("*************************\n");printf(" 1:add             2:sub \n");printf(" 3:mul             4:div \n");printf("*************************\n");printf("请选择：");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = add(x, y);printf("ret = %d\n", ret);break;case 2:printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = sub(x, y);printf("ret = %d\n", ret);break;case 3:printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = mul(x, y);printf("ret = %d\n", ret);break;case 4:printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = div(x, y);printf("ret = %d\n", ret);break;case 0:printf("退出程序\n");breark;default:printf("选择错误\n");break;}} while (input);return 0
}

（2）改良后

#include <stdio.h>
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 div(int a, int b)
{return a / b;
}
int main()
{int x, y;int input = 1;int ret = 0;int(*p[5])(int x, int y) = { 0, add, sub, mul, div }; //转移表，即函数指针数组，这里的0（或者写NULL）起到占位的作用，理论上放什么都行，只要后续处理好就行…while (input){printf("*************************\n");printf(" 1:add           2:sub \n");printf(" 3:mul           4:div \n");printf("*************************\n");printf("请选择：");scanf("%d", &input);if ((input <= 4) && (input >= 1)){printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = (*p[input])(x, y);}else{printf("输入有误\n");}printf("ret = %d\n", ret);}return 0;
}
//当计算器后续需要加入更多的运算函数时，那么使用开关语句就会显得冗长，但是使用函数指针数组就不会有这个问题，这将会大大缩减代码。但是使用函数指针也具有有缺点，它只能存放同样函数签名（函数签名定义了函数的输入和输出，即：函数签名==参数+返回值）的函数

（3）转移表的概念

像类似上面使用函数指针数组的方法就叫做转移表，具有一种跳转使用函数的效果。即“函数指针数组”==“转移表”

7. 指向函数指针数组的指针

void test(const char* str)
{printf("%s\n", str);
}
int main()
{//声明函数指针pfun，并且进行初始化void (*pfun)(const char*) = test;//声明一个函数指针的数组pfunArrvoid (*pfunArr[5])(const char* str) = { pfun };pfunArr[0] = test;//指向函数指针数组pfunArr的指针ppfunArrvoid (*(*ppfunArr)[5])(const char*) = &pfunArr;return 0;
}
//*代表ppfunArr是指针，[]代表这个指针指向一个内含5元素的数组，而每个元素的类型都是void (*)(const char*)
//因此按照运算符的顺序来解读是比较快的    

8. 回调函数

• 回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。
• 如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另外一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，我们就说这是回调函数。
• 回调函数不是由该函数的实现方式直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外一方调用的，用于对该事件或条件进行响应

（1）例子一：使用qsort

①前要：C库函数qsort能对数组进行排序

void qsort(void *base,//指向了待排序数组的第一个元素 size_t nitems,//排序的元素个数size_t size,//每个元素的大小，单位是字节int (*compar)(const void*, const void*)//指向一个函数，这个函数可以比较两个元素的大小);//其底层是使用快速排序的方法来排序的，依靠compar指向的不同函数内部不同的比较，可以解决不同类型的数据快速排序

②使用qsort：对数组进行排序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//qosrt函数的使用者得实现一个比较函数
int int_cmp(const void * p1, const void * p2)
{return ( *(int*)p1 - *(int*)p2 );//注意不能直接解引用void指针，另外如果倒过来就是逆序输出了
}
int main()
{int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };int i = 0;qsort(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof (int), int_cmp);for (i = 0; i< sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++){printf( "%d ", arr[i]);}printf("\n");return 0;
}

（2）例子二：模拟实现类似qsort函数的bubble函数（底层采用冒泡函数）

#include <stdio.h>
int int_cmp(const void * p1, const void * p2)//其中一个比较函数，这个是整型比较，是用户决定这个函数应该如何编写
{return (*(int*)p1 - *(int*)p2);//不过注意void不能直接解引用！！！
}void _swap(void *p1, void * p2, int size)//其中一个排序方法，这个是排序是冒泡排序，可以由开发者决定底层排序的方法，在qsort中使用的底层函数是快排
{int i = 0;for (i = 0; i< size; i++)//之所以这么做，是因为没有办法预测有多少个字节，只能通过一个一个字节进行交换，最后所有字节进行交换，即两个数据进行了交换{char tmp = *((char*)p1 + i);*((char*)p1 + i) = *((char*)p2 + i);*((char*)p2 + i) = tmp;}
}void bubble(void *base, int count, int size, int(*cmp )(void*, void*))//相当于qsort，但是实现逻辑不仅仅是快速排序，内部的_swap函数也可能是其他的排序算法，cmp函数可能比较不同类型的数据。     注意base是void*类型，写int*会写死的，只能限定于整型
{int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < count - 1; i++){int flag = 1;//①优化代码，若是没有交换就说明不需要经过排序就是有序的了for (j = 0; j < count - i - 1; j++){if (cmp ((char*) base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size) > 0)//比较函数，这里改成(char*)就可以利用size适应不同的字节{flag = 0;_swap((char*)base + j * size, (char*)base + (j + 1) * size, size);//排序函数，这里改成(char*)就可以利用size适应不同的字节}if(flag == 1){break;}}}
}int main()
{int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };//char *arr[] = {"aaaa","dddd","cccc","bbbb"};int i = 0;bubble(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]), sizeof (int), int_cmp);for (i = 0; i< sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++){printf( "%d ", arr[i]);}printf("\n");return 0;
}

注意我们不是在模拟qsort函数，而是作一个类似qsort函数的“冒泡排序通用的bubble函数”