【C语言系列】深入理解指针（3）

深入理解指针（3）

  • 一、字符指针变量
  • 二、数组指针变量
    • 2.1数组指针变量是什么？
    • 2.2数组指针变量怎么初始化？
  • 三、二维数组传参的本质
  • 四、函数指针变量
    • 4.1函数指针变量的创建
    • 4.2函数指针变量的使用
    • 4.3两段有趣的代码
      • 4.4 typedef关键字
  • 五、函数指针数组
  • 六、转移表
  • 七、总结

一、字符指针变量

在指针的类型中我们知道有⼀种指针类型为字符指针char*。
下面我们来看这样一段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 20;
a = 200;
//3 = 5;
const char*p = "hello world";//常量字符串是不能被修改的。
printf("%c\n",*p);//h
printf("%s\n",p);
//*p = 'q';//err
return 0;
}

运行结果如下图：
在这里插入图片描述
观察代码及运行结果，这里我们看到其实是把hello world中的首字母的地址存放在p中，在这里很多人会认为是把整个字符串放在指针p中。
《剑指offer》中有一道和字符串相关的笔试题，我们一起来看一下，代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
char str1[] = "hello bit.";
char str2[] = "hello bit.";
const char*str3 = "hello bit.";
const char*str4 = "hello bit.";
if(str1 == str2)
printf("str1 and str2 are same\n");//1X
else
printf("str1 and str2 are not same\n");//2
if(str3 == str4)
printf("str3 and str4 are same\n");//3
else
printf("str3 and str4 are not same\n");//4X
//常量字符串是不能被修改的，内容相同的常量字符串只会在内存上存放1份。
return 0;
}

运行结果如下图：
在这里插入图片描述
通过观察我们发现，用相同的字符串常量初始化不同的数组时就会开辟出不同的内存块，所以str1和str2是不同的，常量字符串是不能被修改的，内容相同的常量字符串只会在内存上存放1份，所以str3和str4是相同的。

二、数组指针变量

2.1数组指针变量是什么？

之前我们学过指针数组，是存放地址（指针）的数组。
那数组指针变量又是什么呢？是指针变量？还是数组？
类比：
字符指针 char *p 指向字符的指针，存放的是字符的地址。
整型指针 int *p 指向整型的指针，存放的是整型的地址。
数组指针 指向数组的指针，是存放数组地址的指针变量。
答案不言而喻，是指针变量，是存放数组地址的指针变量。
数组指针变量：

int (*p)[10];

p先和*结合，说明p是一个指针变量变量，然后指着指向的是一个大小为10个整型的数组。所以p是一个指针，指向一个数组，叫数组指针。
注：[ ]的优先级比 * 高所以必须要带括号，保证 p 先和 * 结合。

2.2数组指针变量怎么初始化？

数组指针变量是用来存放数组地址的，那怎么获得数组的地址呢？这就用到了我们之前学习的&数组名 。
例：

int(*p)[10] = &arr;

我们再看看下面一段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = {0};
int(*p)[10] = &arr;
return 0;
}

调试结果如下图：
在这里插入图片描述
通过调试后发现，&arr和p的类型是一样的。
在这里插入图片描述
注：数组指针，会在二维数组中使用。

三、二维数组传参的本质

有了数组指针的理解，我们就能够了解一下⼆维数组传参的本质了。
以前我们有一个⼆维数组，需要传参给⼀个函数的时候，我们是这样写的：

void test(int a[3][5],int r,int c)
{
int i = 0;
int j = 0;
for(i = 0;i < r;i++)
{
for(j = 0;j < c;j++)
{
printf("%d",a[i][j]);
}
printf("\n");
}
}
int main()
{
int arr[3][5] = {{1,2,3,4,5},{2,3,4,5,6},{3,4,5,6,7}};
test(arr,3,5);
return 0;
}

这里实参是二维数组，形参也写成⼆维数组的形式，那还有什么其他的写法吗？
首先我们再次理解一下二维数组，二维数组其实可以看做是每个元素都是一维数组的数组，也就是二维数组的每个元素是一个一维数组。那么⼆维数组的首元素就是第一行，是个一维数组。
如图：
在这里插入图片描述
arr是二维数组，数组名是数组首元素的地址，那么二维数组arr的数组名是谁呢？
答案显而易见，二维数组的首元素就是第一行（一维数组），每一行都是一个元素（一维数组）。
那么上述代码就可以改成以下代码：

void test(int(*arr)[5],int r,int c)
{
int i = 0;
int j = 0;
for(i = 0;i < r;i++)
{
for(j = 0;j < c;j++)
{
printf("%d",*(*(p + i) + j));//(*(p + i))[j]
}
printf("\n");
}
}
int main()
{
int arr[3][5] = {{1,2,3,4,5},{2,3,4,5,6},{3,4,5,6,7}};
test(arr,3,5);
return 0;
}

二维数组传参的本质：二维数组传参本质上也是传递了地址，传递的是第一行这个一维数组的地址，那么形参也是可以写成指针的形式的。

四、函数指针变量

4.1函数指针变量的创建

什么是函数指针变量呢？
函数指针变量是用来存放函数地址的，后面通过地址能够调用函数的。
那么函数是否有地址呢？下面我们做一个测试，代码如下：

#include <stdio.h>
void test()
{
printf("hehe\n");
}
int main()
{
printf("test:  %p\n", test); 
printf("&test: %p\n", &test);
return 0;
}

运行结果如下图：
在这里插入图片描述
这里我们可以看出确实打印出了地址，所以函数是有地址的，函数名就是它的地址，可以通过函数名（或者&函数名）来获取地址。
函数指针变量写法与数组指针变量的写法非常类似，代码如下：

int Add(int a,int b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int arr[8] = {0};
int (*pa)[8] = &arr;//pa是数组指针变量。
int (*pf)(int,int) = &Add;//pf就是函数指针变量。
return 0;
}

在这里插入图片描述

4.2函数指针变量的使用

通过函数指针调⽤指针指向的函数。

#include <stdio.h>
int Add(int a,int b)
{
return a + b;
}
int main()
{
int(*pf1)(int,int) = &Add;//int(*)(int,int)函数指针类型
int(*pf2)(int,int) = Add;
int r1 = (*pf1)(3,7);//int r1 = (pf1)(3,7);//*是个摆设
int r2 = (*pf2)(3,7);//int r2 = (pf2)(3,7);
int r3 = Add(3,7);
printf("%d\n",r1);
printf("%d\n",r2);
printf("%d\n",r3);
return 0;
}

运行结果如下图：
在这里插入图片描述

4.3两段有趣的代码

第一段代码：

int main()
{//void(*p)();
(*(void (*)())0)();//函数调用
//1.将0强制类型转换成void(*)()类型的函数指针。
//2.调用0地址处放的这个函数。
return 0;
}

运行时报错，如下图：
在这里插入图片描述
第二段代码：

int main()
{
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);
//函数声明，声明的函数的名字叫：signal
//signal函数有2个参数，第一个参数的类型是int,第二个参数是void(*)(int)的函数指针类型，该指针可以指向一个函数，指向的函数参数是int，返回类型是void。
//signal函数的返回类型是void(*)(int)的函数指针，该指针指向一个函数，指向的函数参数是int，返回类型是void。
//void(*)int signal(int,void(*)(int));//err
return 0;
}

运行结果如下图：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
注：这两个代码来自《C陷阱和缺陷》这本书。

4.4 typedef关键字

typedef 是用来类型重命名的，可以将复杂的类型，简单化。
例如：你觉得unsigned int 写起来不太方便，如果能写成uint 就方便多了，那么我们就可以使用：

typedef unsigned int uint;
//将unsigned int重命名为uint

那么指针类型是否可以重命名呢？
可以，代码如下：

//typedef对指针类型重命名
typedef int*pint;
int main()
{
int* p1 = NULL;
pint p2 = NULL;
return 0;
}

但是对于数组指针和函数指针稍微有点区别，数组指针代码如下：

typedef int(*parr_t)[5];//新的类型名必须在*的右边
//parr_t等价于int(*)[5]
int main()
{
int arr[5] = {0};
int(*p)[5] = &arr;//p是数组指针变量，p是变量的名字
//int(*)[5] —— 数组指针类型
parr_t p2 = &arr;
return 0;
}

函数指针类型重命名，代码如下：

typedef void(*pf_t)(int);//新的类型名必须在*的右边

对4.3中第二段代码进行简化：

typedef void (*pf_t)(int);//新的类型名
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);//简化前代码
pf_t signal(int,pf_t);//简化后代码

接下来我们看下面这段代码：

typedef int* ptr_t;
#define PTR_T int*;
int main()
{
//ptr_t p1;//p1是整型指针
//PTR_T P2;//p2是整型指针
ptr_t p1,p2;//p1,p2是整型指针
PTR_T p3,p4;//p3是指针，p4是整型//p3 —— int*	p4 —— int
//int*p3,p4;
}

观察后不难发现：#define定义的PTR_T，PTR_T p3,p4;被分解为PTR_Tp3（即int*p3）和p4（即int p4），而typedef定义的ptr_t，却被分解为ptr_t p1和ptr_t p2。
注：函数指针 —— 指向函数的指针；函数指针变量 —— 存放函数地址的变量。

五、函数指针数组

数组是一个存放相同类型数据的存储空间，之前我们学习了指针数组，如：

int *arr[10];//数组的每个元素是int*

类比：
整数数组：是存放整型的数组
字符数组：是存放字符的数组
指针数组：是存放指针的数组
chararr1[5];//字符指针数组
intarr2[7];//整数指针数组

那要把函数的地址存到一个数组中，那这个数组就叫函数指针数组，那函数指针的数组如何定义呢？

int (*parr1[3])();
int *parr2[3]();
int (*)() parr3[3];

答案：parr1，parr1 先和[ ] 结合，说明parr1是数组，数组的内容是什么呢？是int (*)() 类型的函数指针。

#include <stdio.h>
int Add(int x,int y)
{
return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
return x - y;
}
int Mul(int x,int y)
{
return x * y;
}
int Div(int x,int y)
{
return x / y;
}
int main()
{
int (*pf1)(int,int) = Add;
int (*pf2)(int,int) = Sub;
int (*pf3)(int,int) = Mul;
int (*pf4)(int,int) = Div;
int(*pfArr[4])(int,int) = {Add,Sub,Mul,Div};//pfArr就是函数指针数组
int i = 0;
for(i = 0;i < 4;i++)
{
int ret = pfArr[i](8,4);
printf("%d\n",ret);
}
return 0;
}

六、转移表

函数指针数组的用途：转移表
举例：计算器的一般实现：

#include <stdio.h>
int Add(int x,int y)
{
return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
return x - y;
}
int Mul(int x,int y)
{
return x * y;
}
int Div(int x,int y)
{
return x / y;
}
nemu()
{printf("*************************\n");printf("  1:add           2:sub  \n");printf("  3:mul           4:div  \n");printf("  0:exit                 \n");printf("*************************\n");
}
int main()
{
int input = 0;
int x = 0;
int y = 0;
int ret = 0;
//创建一个函数指针的数组
int(*pfArr[5])(int,int) = {NULL,Add,Sub,Mul,Div};
do 
{
nemu();
printf("请选择：");
scanf("%d",&input);//2
if(input >= 1 && input <= 4)
{
printf("请输入2个操作数：");
scanf("%d %d",&x,&y);
ret = pfArr[input](x,y);
printf("%d\n",ret);
}
else if(input == 0)
{
printf("退出计算器\n");
break;
}
else
{
printf("选择错误，重新选择\n");
}
}while(input);
return 0;
}

在这里插入图片描述
数组指针 —— 指向的是数组

int arr[5];
int(*p)[5] = &arr;

函数指针 —— 指向的是函数

char*test(int n,char*s)
{
}
char*(*pf)(int,char*) = test;//pf是函数指针变量

指针是否可以存放到数组中呢？—— 可以
指针数组：

char*arr[5];
int*arr2[5];
double*arr3[9];
float*arr4[6];

函数指针数组：

char*(*pfArr[4])(int,char*);

拓展：指向函数指针数组的指针

char*(*(*p)[4])(int,char*) = &pfArr;
//取出的是函数指针数组地址，p就是指向一个函数指针数组的指针。

实现一个计算器，代码如下：

#include <stdio.h>
int Add(int x,int y)
{
return x + y;
}
int Sub(int x, int y)
{
return x - y;
}
int Mul(int x,int y)
{
return x * y;
}
int Div(int x,int y)
{
return x / y;
}
void nemu()
{printf("*************************\n");printf("  1:add           2:sub  \n");printf("  3:mul           4:div  \n");printf("  0:exit                 \n");printf("*************************\n");
}
void Calc(int(*pf)(int,int))
{
int x = 0;
int y = 0;
int ret = 0;
printf("请输入2个操作数：");
scanf("%d %d",&x,&y);
ret = pf(x,y);
printf("%d\n",ret);
}
int main()
{
int input = 0;
do
{
nemu();
printf("请选择：");
scanf("%d",&input);
switch(input)
{
case 1:Calc(Add);break;
case 2:Calc(Sub);break;
case 3:Calc(Mul);break;
case 4:Calc(Div);break;
case 0:printf("退出计算器\n");break;
default:printf("选择错误，重新选择\n");break;
}
}while(input);
return 0;
}

数组传参：形参可以是数组，也可以是指针（数组指针），实参是函数地址：形参只能是函数指针。

七、总结

这篇文章详细介绍了C语言中指针相关的重要概念，包括字符指针、数组指针、函数指针及其数组的使用。通过代码示例，文章解释了如何利用指针进行内存管理以及如何实现更灵活、动态的功能调用。以下是对文章内容的总结。

首先，文章介绍了字符指针（char*），它是指向字符的指针类型，常用于操作字符串。通过代码实例展示了如何通过字符指针访问字符串内容，特别是常量字符串的特点。常量字符串存储在只读内存中，因此不能修改。作者通过对比字符数组与字符指针的内存分配，强调了字符指针指向的是字符串的首字符地址，而非整个字符串。

接着，文章讲解了数组指针（如int (*p)[10]），它是指向数组的指针，存储的是数组的地址。数组指针与指针数组有所不同，数组指针指向的是整个数组，而指针数组是存储指针的数组。通过示例代码，读者可以清楚地理解如何声明和初始化数组指针，以及如何利用数组指针处理二维数组。

文章还深入探讨了二维数组传参的本质。二维数组在内存中其实是由多个一维数组组成的，每个元素都是一个一维数组。传递二维数组时，实际上是传递了二维数组的首元素地址，即第一行的地址。文章通过代码示例说明了如何用数组指针来传递二维数组，这样避免了传递整个数组的额外开销。

此外，文章详细讲解了函数指针变量。函数指针允许程序在运行时动态调用不同的函数。文章通过示例演示了函数指针的创建和使用，包括如何声明、初始化并通过函数指针调用函数。作者还展示了如何使用 typedef 来简化函数指针的声明，提高代码的可读性。

最后，文章介绍了函数指针数组及其应用。函数指针数组是存储多个函数指针的数组，允许根据不同的条件动态选择要调用的函数。通过实现一个简单的计算器，文章展示了如何通过函数指针数组实现不同操作的选择。函数指针数组在实际编程中有广泛的应用，尤其适用于需要根据输入选择不同操作的场景。

总的来说，本文通过详细的代码实例，帮助读者理解了C语言中指针的不同类型及其应用，特别是如何通过指针和函数指针提高程序的灵活性和动态性。这些技巧不仅能简化复杂的代码，还能增强程序的可维护性和扩展性。

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