C語言 Pointer 指標

C語言的重要功能之一：指標，以下簡單紀錄

• 特色

1. 傳參考(Call By Reference)
2. 值是儲存地址(Memory Address)

• 宣告(declaration)

1

int *ptr;

• 初始化(initialization)

1
2
3
4
5
6
7

int num=0;

ptr = # //將num所在地址存到變數ptr當中

ptr = NULL; //ptr不會指到任何東西

ptr = 0; //和NULL一樣，但建議使用NULL

• 反參考(dereference)

取得指標指向的記憶體中那個變數所存的值

1

printf("%d",*ptr);

• 範例程式

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

/*****************************************
  Filename:Pointer1.c
  Author:Willy Chen(willychen.org)
  Date:2018.01.03
*****************************************/
#include<stdio.h>

int main(void){
    int num=0;
    int *ptr = &num;
    printf("ptr: %p\\n",ptr);  //Address of num
    printf("\*ptr: %d\\n",\*ptr); //Value of num
    printf("&num: %p\\n",&num); //Address of num
    printf("&\*ptr: %p\\n",&\*ptr); //Address of num
    return 0;
}

1
2
3
4

ptr: 0x7ffc2dc851fc
*ptr: 0
&num: 0x7ffc2dc851fc
&*ptr: 0x7ffc2dc851fc

• 傳地址(call by reference)

1. Function的參數都是透過傳值(call by value)
2. 透過指標，可以「模擬」傳地址(call by reference)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

/*****************************************
  Filename:Pointer2.c
  Author:Willy Chen(willychen.org)
  Date:2018.01.03
*****************************************/
#include<stdio.h>
void square(int *ptr); //prototype

int main(void){
    int num=2;
    printf("Origin num: %d\\n",num);
    square(&num);
    printf("New num: %d\\n",num);
    return 0;
}

void square(int *ptr){
    \*ptr = \*ptr * *ptr;
}

Origin num: 2
New num: 4

• 指標與陣列

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

/*****************************************
  Filename:Pointer3.c
  Author:Willy Chen(willychen.org)
  Date:2018.01.03
*****************************************/
#include<stdio.h>

int main(){
	int a\[5\]={0};
	int \*ptr = &a\[0\];  //也可以寫成 int \*ptr = a;
	int *ptr2 = NULL;

	printf("address of a\[0\]:%p\\n",&a\[0\]);
	printf("value of ptr:%p\\n",ptr);  //value of ptr = the address of a\[0\]

	ptr += 2;

	printf("address of a\[2\]:%p\\n",&a\[2\]);
	printf("value of ptr:%p\\n",ptr);  //value of ptr = the address of a\[2\]

	ptr2 = &a\[4\];

	printf("value of ptr2-ptr:%d\\n",ptr2-ptr);  //the number of array elements from ptr to ptr2

	return 0;
}

1
2
3
4
5

address of a\[0\]:0x7fff77e371d0
value of ptr:0x7fff77e371d0
address of a\[2\]:0x7fff77e371d8
value of ptr:0x7fff77e371d8
value of ptr2-ptr:2

當 ptr 指向a[0]，地址(…1d0)
則 ptr+2 會指向a[2]，地址(…1d0) + 2 × 4      ⇐ 乘4是因為1個int佔4個Bytes
所以 ptr+2 指向地址(…1d8)，也就是a[2]的地址

而 ptr2-ptr 會回傳地址差÷4
就是 ( (…1e6) - (…1d8)  ) ÷ 4 = 2

•  void

  1	void *ptr;

1. 可以使用void來宣告pointer，此pointer只存地址
2. 此類pointer不可反參考
3. 若要反參考，須將此pointer轉型至int等型別

• const with pointer

  • non-constant pointer，non-constant data
    pointer可以改指其他地址，反參考(dereferenced)可以改存的資料

  • non-constant pointer，constant data
    pointer可以改指其他地址，但反參考不能改存的資料

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

    /***************************************** Filename:Pointer4.c Author:Willy Chen(willychen.org) Date:2018.01.04 *****************************************/ #include<stdio.h> void printChar( const char *Ptr); // 等同於 void printChar( char const *Ptr); int main(){ char s\[\]="This is a test."; printf("s:%s\\n",s); printChar(s); printf("\\n"); return 0; } void printChar( const char *Ptr){ for(; *Ptr != '\\0';Ptr++){ printf("%c",*Ptr); } }

    1 2	s:This is a test. This is a test.

    在 printChar 中只有讀取 Ptr 的值，然後修改 Ptr 的指向，並沒有修改 Ptr 所指變數的值
    若是在 printChar 的 for 迴圈中加個 *Ptr = ‘x’; 之類的
    compiler 會印出 Error，因為加 const 設定成 read-only了

  • constant pointer，non-constant data
    pointer永遠指向同一地址，反參考(dereferenced)可以改存的資料
    宣告一個array時預設的權限：array的名稱恆指向陣列的開頭

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

    /***************************************** Filename:Pointer5.c Author:Willy Chen(willychen.org) Date:2018.01.05 *****************************************/ #include<stdio.h> void change( char * const Ptr); int main(){ char c = 'A'; char *cptr = &c; printf("Origin:%c\\n",*cptr); //deference change(cptr); printf("Change:%c\\n",*cptr); return 0; } void change( char * const Ptr){ *Ptr = 'B'; }

    1 2	Origin:A Change:B

  • constant pointer，constant data
    pointer恆指向同一地址，那個地址中的資料不可用反參考修改
    基本上只能做讀取的功能

    1	void read( const char * const ptr)

    如傳一個 array 到 Function 中時，Function中只能對此 array 做讀取的動作

  • 簡單整理一下
    當有 const 在 * 左邊時，代表這個 pointer 指向地址存的資料不可更動，如

    1 2	const char * c; char const * c;

    當有 const 在 * 右邊時，代表這個 pointer 不可變更指向的地址，如

    1	char * const c;

• sizeof operator

  • 是一種一元運算子(unary operator)

  • 使用 sizeof 讓程式在編譯時取得變數(陣列等等)的 byte 大小

  • 範例程式

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

    /***************************************** Filename:Pointer6.c Author:Willy Chen(willychen.org) Date:2018.01.05 *****************************************/ #include<stdio.h> int main(){ int x = 0; char y = 0; double z = 0; char *ptr = &y; printf("size of x:%d\\n" "size of int:%d\\n" "size of y:%d\\n" "size of char:%d\\n" "size of z:%d\\n" "size of double:%d\\n" "size of ptr:%d\\n" "size of char*:%d\\n", sizeof(x),sizeof(int),sizeof(y),sizeof(char), sizeof(z),sizeof(double),sizeof(ptr),sizeof(char*) ); return 0; }

    1 2 3 4 5 6 7 8

    size of x:4 size of int:4 size of y:1 size of char:1 size of z:8 size of double:8 size of ptr:8 size of char*:8

    結果可以看到存 char* (char的指標)使用了 8 bytes

• Array of pointer

  • 可以宣告一個指標陣列，其中存一些字串(正確來說是存指標)

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

    /***************************************** Filename:Pointer7.c Author:Willy Chen(willychen.org) Date:2018.01.05 *****************************************/ #include<stdio.h> int main(){ const char * array\[4\] = {"Apple","Banana","Lemon","Orange"}; printf("array\[0\]:%s\\n",array\[0\]); printf("array\[1\]:%s\\n",array\[1\]); printf("\*array\[0\]:%c\\n",\*array\[0\]); printf("\*array\[1\]:%c\\n",\*array\[1\]); printf("size of array:%d\\n",sizeof(array)); printf("elements of array:%d\\n",sizeof(array)/sizeof(char*)); return 0; }

    1 2 3 4 5 6

    array\[0\]:Apple array\[1\]:Banana *array\[0\]:A *array\[1\]:B size of array:32 elements of array:4

    範例程式中array 是一個存有4個指標的陣列
    第一個指標 array[0] 指向第一個字串第一個字元的地址，也就是”Apple”的’A’
    第二個指標 array[1] 指向第二個字串第一個字元的地址，也就是”Banana”的’B’
    所以當反參考 *array[0] 時，會得到 ‘A’
    反參考 *array[1] 時，會得到 ‘B’

    注意字串 “Apple” 實際上是存 ‘A’ ‘p’ ‘p’ ‘l’ ‘e’ ‘\0’，每個字串後面都有 ‘\0’ (null-terminated character string)

    sizeof(array)會回傳陣列的大小(Bytes)
    使用 sizeof(array)/sizeof(char*) 可以得到 array 的元素個數：4
    換句話說，前面有得到 指標的大小sizeof(char*) 是占用 8 bytes，而 array 有4個元素，所以 array的大小就是 8 × 4 = 32 ，也就是 sizeof(array) 得到的數值

• pointer to function

  • 剛剛是指到字串的地址，現在換成指到 function 的
  • 定義： void (*f[3]) (int) = {func1, func2, func3};
    • 有三個 function 叫 func1，func2 和 func3，其中他們的回傳值是 void，有一個 int 的參數
    •  現在把他們放到一個叫 f[3] 的指標陣列當中，f[0]，f[1]，f[2] 都是一個指標
  • 使用： (*f[element]) (argument);
    • (*f[element]) 是對指標進行反參考，所以 f[0] 對應 func1，f[1] 對應 func2，f[2] 對應 func3
    • (argument) 就是傳參數進去
  • 注意：上面用紅色標註的括號是不能缺少的，一定要寫
  • 範例程式

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

    /***************************************** Filename:Pointer8.c Author:Willy Chen(willychen.org) Date:2018.01.05 *****************************************/ #include<stdio.h> void func1(int x){ printf("1:%d\\n",x); } void func2(int y){ printf("2:%d\\n",y); } void func3(int z){ printf("3:%d\\n",z); } int main(){ void (*f\[3\]) (int) = {func1, func2, func3}; int input = 100; (*f\[0\])(input); (*f\[1\])(input); (*f\[2\])(input); return 0; }

    1 2 3

    1:100 2:100 3:100