浅谈C语言中指针的理解及应用

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  指針是C语言中一种广泛使用的数据类型,也是C语言的重要特性。在C语言中,使用指针能够编写出高效、精炼、简洁的程序代码。因此,在C语言的学习过程中,能否正确理解和使用指针是检验是否掌握C语言的一个重要标志,但是,指针也是C语言中最为困难的部分之一。指针的学习像其他内容一样也必须从理解基本概念开始。
  一、计算机基本原理
  半个多世纪以来,虽然计算机制造技术发生了巨大变化,但仍然沿用冯·诺依曼体系结构。在冯·诺依曼计算机体系结构理论中,有三个基本思想:1)计算机处理的数据和指令采均用二进制数表示;2)计算机运行过程中,指令和数据首先存入主存储器(内存),计算机将自动地并按顺序从主存储器中取出指令一条一条地执行,这一概念称作顺序存储程序;3)计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
  计算机的主存储器是由一系列连续编号或编码的存储单元组成,要运行的程序指令以及相关的数据都按照一定的顺序存储在内存中,如图1所示。存储单元中存储的内容有三种:1)指令,如0x03000、0x03001存储单元,2)直接数据,如0x05027、0x05028、0x05029、0x05030存储单元,3)地址数据,如0x03002、0x03003存储单元,它们存储的是存储单元0x05030、0x05027的地址值。
  二、指针的基本概念
  C语言的设计者Brian W.Kernighan在《C程序设计语言》一书中给指针的定义是:指针是一种保存变量地址的变量,因此要真确理解指针概念,先要理解几个指针相关的概念,如地址、变量等。
  地址:在计算机中,通过寻址机构将物理存储介质映射成一维线性空间,并以字节为单位进行统一编码,使得每个字节都具有唯一的编码,类似于街道的门牌号码,该编码称为字节的地址,也称内存地址。内存地址采用无符号整数来表示,例如在32位计算机中,内存地址编码为0x00000000 ~0xFFFFFFFF,能够支持最大4GB的内存空间,每个字节的地址采用32位的无符号整数表示。
  存储单元:在计算机系统中,绝大多数的数据往往需要多个字节来存储,如Unicode字符、整数、浮点小数、字符串等。所以,需要分配一个或连续的多个字节来存储这些基本数据,我们把一个或连续的多个字节的存储空间称为一个存储单元,每个存储单元的地址用该存储单元的第一个字节的地址来表示。例如,C语言中的short int、long int、char、double等基本数据类型在32位计算机系统中分别占用2、4、1、8个字节,如果在内存0x0F00地址处依次存储short int、long int、char、double类型数据各一个,那么这四个存储单元的地址则分别为0x0F00、0x0F02、0x0F06、0x0F07,而下一个存储单元的地址则为0x0F0F,如图2所示。
  变量:是计算机存储空间或存储单元的具体化,通过一个易辨别的字符序列来标识一个存储空间或存储单元,这样能够大大提高编程效率和代码的可读性。变量具有三个要素:1)名称,2)类型,3)值,此外,变量还有一个隐含属性,即地址。例如,图1中的变量s、i三个变量,它们的要素及属性如表1所示。
  指针:回头再看Brian W.Kernighan的指针定义,指针本质上也是一个变量,只不过它存储的数据是一个表示地址的无符号整数。如图1所示,变量pi、ps就是指针变量,我们把表1加上变量pi、ps后得到表2。
  三、指针定义及运算
  在C语言中,表2中各变量的定义如下:
  char s = ‘a’, *ps; //定义并初始化char类型变量s,定义一个指向char类型变量的指针
  int i = 56, *pi; //定义并初始化int类型变量i,定义一个指向int类型变量的指针
  ps =
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