《C語言指針講解》PPT課件.ppt

1、C語言程序設(shè)計(jì)指針,林大 經(jīng)管學(xué)院 瞿華,指針,指針是啥？ 指針基本運(yùn)算 函數(shù)中的指針 指針與數(shù)組 指針與動(dòng)態(tài)數(shù)組 指針與結(jié)構(gòu) 函數(shù)指針 指針數(shù)組與多重指針 實(shí)驗(yàn),一、指針是啥,什么是指針？ 假設(shè)Z同學(xué)是我們班作業(yè)做得最好的同學(xué)，大家都喜歡參考他的作業(yè)。 Z=作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)答案 可以把Z看作是一個(gè)作業(yè)類型的普通變量 某天A同學(xué)找Z：“把作業(yè)借我參考一下？”周X回答：“標(biāo)準(zhǔn)答案在Y同學(xué)那里，你找他吧” Z=“標(biāo)準(zhǔn)答案在Y那里” 這時(shí)候Z相當(dāng)于一個(gè)指向別人（Y）的鏈接， 他就變成了一個(gè)指針！,一、指針是啥,指針（Point）實(shí)際上就是一個(gè)鏈接！ 指針變量中保存的內(nèi)容是一個(gè)內(nèi)存地址。 例： int y=

2、10; int *z= 指針z的內(nèi)容就是y所在的內(nèi)存地址。 “z，標(biāo)準(zhǔn)答案是多少？” z說：你去問y吧！ y說：標(biāo)準(zhǔn)答案是10！,一、指針是啥,int y=10; int *z=,10,y,內(nèi)存地址1008,1008,z,內(nèi)存地址1004,z指向y,二、指針基本運(yùn)算,要學(xué)好指針，必須熟練掌握指針相關(guān)的運(yùn)算。（接下來會(huì)提問?。┤纾?指針的定義方法：在變量標(biāo)識(shí)符前加* int *p,a,b; /定義了一個(gè)整型指針p和一個(gè)普通變量a /將30賦給p指向的內(nèi)存中 對(duì)于指針p，*p相當(dāng)于一個(gè)普通變量！ 見01points.c（使用調(diào)試單步執(zhí)行查看結(jié)果）,2.1 ,?,a,內(nèi)存地址1008,?,b,內(nèi)存地

3、址1004,?,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10;,?,a,內(nèi)存地址1008,?,b,內(nèi)存地址1004,?,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10;,10,a,內(nèi)存地址1008,?,b,內(nèi)存地址1004,?,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10; p=,10,a,內(nèi)存地址1008,?,b,內(nèi)存地址1004,?,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10; p=,10,a,內(nèi)存地址1008,?,b,內(nèi)存地址1004,1000,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10; p=,10,a,內(nèi)存地址1008,?,b,內(nèi)存地址1004,1000,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10; p=,10,a

4、,內(nèi)存地址1008,10,b,內(nèi)存地址1004,1000,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10; p=,10,a,內(nèi)存地址1008,10,b,內(nèi)存地址1004,1000,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10; p=,20,a,內(nèi)存地址1008,10,b,內(nèi)存地址1004,1000,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10; p=,20,a,內(nèi)存地址1008,10,b,內(nèi)存地址1004,1000,p,內(nèi)存地址1000,2.1 a=10; p=,21,a,內(nèi)存地址1008,10,b,內(nèi)存地址1004,1000,p,內(nèi)存地址1000,2.1 double *p2; sizeof(p1)和sizeo

5、f(p2)哪個(gè)大？為什么？ 因?yàn)槲覀兪褂玫氖?2位的gcc編譯器（dev-cpp自帶），所以每個(gè)指針的大小都是32位，即4個(gè)字節(jié)。 見04size.c,三、函數(shù)中的指針,折騰指針有啥用呢？ 回憶一下函數(shù)的知識(shí)： 在函數(shù)中改變形式參數(shù)的值，會(huì)影響實(shí)際參數(shù)嗎？為什么？ 見05swap_1.c 由于： 函數(shù)的形式參數(shù)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)局部變量 函數(shù)執(zhí)行時(shí)先將實(shí)際參數(shù)的值賦給形式參數(shù) 所以在函數(shù)中改變形式參數(shù)，不會(huì)影響實(shí)際參數(shù),三、函數(shù)中的指針,swap(i,t)就相當(dāng)于： int a=i; int b=t; int temp=a; a=b; b=temp; 很顯然，i和t的值實(shí)際并未改變。,3.1 指針類

6、型參數(shù),可是我確實(shí)需要在函數(shù)中改變實(shí)參的值，怎么辦？ 使用指針類型參數(shù)，就可以解決這個(gè)問題。 見05swap_2.c 為什么？ 在函數(shù)swap(int *p1,int *p2)中，p1和p2是兩個(gè)指針類型的形式參數(shù)。 注意，在函數(shù)中，p1和p2各自指向哪里有變化嗎？ 變化的是*p1和*p2，即p1和p2指向的內(nèi)存地址中保存的數(shù)據(jù)！,3.1 指針類型參數(shù),swap( 很顯然，這樣是能交換i和t的內(nèi)容的。,3.1 指針類型參數(shù),使用指針參數(shù)的另外一個(gè)好處是節(jié)約棧空間。 見06stacksize.c。程序?yàn)槭裁磿?huì)異常關(guān)閉？ 由于函數(shù)調(diào)用時(shí)會(huì)為struct參數(shù)分配很大一塊內(nèi)存（1M字節(jié)），超過了棧的現(xiàn)

7、有空間大小，導(dǎo)致堆棧溢出。 見06stacksize_2.c，改用struct指針作為參數(shù)。 函數(shù)調(diào)用時(shí)只需要為指針參數(shù)分配一塊內(nèi)存（還記得一個(gè)指針占用多大空間嗎？），所以就不存在堆棧溢出問題了！,3.2 指針類型返回值,函數(shù)也可以返回指針類型的數(shù)據(jù)。 例：07pointreturn.c 思考：可以返回一個(gè)指向函數(shù)局部變量的指針嗎？為什么？ 見08localpoint.c 因?yàn)楹瘮?shù)執(zhí)行完畢后，其局部變量的生命就結(jié)束了！對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間可能會(huì)被別的變量使用！ Never ever返回指向函數(shù)局部變量的指針！,四、指針與數(shù)組,指針變量中保存的是地址。 也可以理解為，指針就是地址類型的變量。 數(shù)組實(shí)質(zhì)

8、上是地址類型的常量。 因此： 可以將數(shù)組地址賦給指針 也可以直接使用下標(biāo)來訪問指針指向的數(shù)組地址。 同樣，可以使用*運(yùn)算符來訪問數(shù)組的第一個(gè)元素 見09arraypoint.c,4.2數(shù)組元素訪問與指針,如果希望指針p指向a的第4個(gè)元素的地址，怎么辦？ 方法1：使用 方法2：使用+運(yùn)算符 p=a+3； 方法2寫起來更簡單，因此更常見。 思考：想得到字符串str從第3個(gè)字符開始的字串，怎么辦？ 假設(shè)str為”12345678”,想得到”45678”。 見10substring.c,4.3 指針地址運(yùn)算,指針（數(shù)組）可以與整數(shù)做加減運(yùn)算，得到的是一個(gè)新的地址 假設(shè)p指向一個(gè)數(shù)組，那么： p+1指向

9、數(shù)組中的下一個(gè)元素。 p-1指向數(shù)組中的上一個(gè)元素。 p+4指向數(shù)組中的后面第4個(gè)元素 p-4指向數(shù)組中的前面第4個(gè)元素 p+令p指向數(shù)組中的下一個(gè)元素 p令p指向數(shù)組中的上一個(gè)元素 見11pointmath.c,4.3 指針地址運(yùn)算,C語言中經(jīng)常利用地址運(yùn)算來處理字符串 例：模擬實(shí)現(xiàn)strcpy函數(shù) 見例12strcpy.c 注意，該程序使用了多個(gè)技巧，請(qǐng)認(rèn)真思考體會(huì)： 字符串以0結(jié)尾 C語言中將0作為邏輯假，非0作為邏輯真 指針?biāo)銛?shù)+; 函數(shù)形參改變不影響實(shí)參,4.3 指針地址運(yùn)算,在C語言中，兩個(gè)同類型的指針可以做減法。 要讓兩個(gè)指針的減法p2-p1產(chǎn)生有意義的結(jié)果，需要滿足下面兩個(gè)條件

10、： p2和p1指向同一個(gè)數(shù)組的不同元素 p2指向的元素與p1相同，或者在p1指向的元素之后 則p2-p1表示p2和p1之間差多少個(gè)元素，即p2指向的元素與p1指向的元素的下標(biāo)之差 見13strlen.c，計(jì)算字符串長度,4.4 數(shù)組參數(shù)與指針,在函數(shù)定義中，將參數(shù)類型定義為指針或者定義為數(shù)組，效果都是一樣的 實(shí)際都是定義了一個(gè)指針類型的參數(shù)。 這是C語言的一個(gè)語法糖 /syntax sugar 同樣，也可以將數(shù)組作為實(shí)參傳遞給指針類型的形參 見例14arrayparam.c,4.5 字符串與指針,使用字符數(shù)組與字符指針，最大的區(qū)別在于C對(duì)它們的初始化的處理上。 例如： char str=“He

11、llo world!”; char s*=“Hello world!”; C會(huì)為str在棧上分配一塊13字節(jié)大小的內(nèi)存，并將“Hello world!”這13個(gè)字符拷貝到這塊內(nèi)存中。 相當(dāng)于：char str13;strcpy(str,”Hello world!”); 而s只是在棧上分配了4字節(jié)大小的內(nèi)存，然后把“Hello world!”在程序的常量數(shù)據(jù)區(qū)中的地址保存在s中。,4.5 字符串與指針,由于程序的常量區(qū)是不可寫的，所以在程序中可以修改str的內(nèi)容，而修改s的內(nèi)容就會(huì)出錯(cuò)！ 見：15strchange.c,4.6 練習(xí),已知： int a=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1

12、0; int *p1=a,*p2=a+10,*p3; 求下列運(yùn)算的結(jié)果：,(7)*(p1+3)+*(a+5) 8 (8)p14+a610 (9)p3=p1;p3+;*p31 (10)p3=a+6;p3-p1;6 (11)p1=a 0 (12)p2=p1 1,(1)p2-p1 10 (2)*(p1) 0 (3)p100 (4)*a0 (5)*(a+5)5 (6)*(p2-3)7,五、指針與動(dòng)態(tài)數(shù)組,除了用作函數(shù)參數(shù)外，指針的另一個(gè)重要作用是用來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理。 所謂動(dòng)態(tài)內(nèi)存，就是指大小、生存期都由你的代碼自己來控制一塊內(nèi)存。 主要涉及兩個(gè)函數(shù)，即malloc/表示內(nèi)存分配和free。/表示內(nèi)存

13、釋放 malloc：在堆（heap）中分配一塊指定大小的內(nèi)存 free：釋放之前由malloc分配的內(nèi)存。 堆的大小只受到操作系統(tǒng)尋址能力的限制（32位指針最大只能表示4G內(nèi)存） 動(dòng)態(tài)內(nèi)存最常見的用途之一是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)組。,五、指針與動(dòng)態(tài)數(shù)組,普通數(shù)組主要有兩個(gè)缺陷： 數(shù)組的大小是程序編寫時(shí)決定的。為了保證數(shù)組的大小夠用，通常需要將數(shù)組定得很大，導(dǎo)致內(nèi)存的浪費(fèi)。 數(shù)組的大小受到?？臻g大小的限制。 使用動(dòng)態(tài)數(shù)組就可以解決這些問題。 見17dynamicarray.c 注意：使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配時(shí)，一定要注意及時(shí)free不需要的內(nèi)存。否則就會(huì)造成內(nèi)存泄漏。,六、指針與結(jié)構(gòu),指針除了可以用于指向基本數(shù)據(jù)類

14、型的地址外，也可以指向結(jié)構(gòu)等自定義類型數(shù)據(jù)的地址。 結(jié)構(gòu)指針在使用上和普通類型指針沒有區(qū)別。 可以先用*取指針對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，然后用.來訪問其成員，如(*p).name 但也可以直接使用-訪問結(jié)構(gòu)指針成員，這種用法更常見，如：p-name 例：見18structpoints.c,6.1 結(jié)構(gòu)指針與參數(shù),使用結(jié)構(gòu)指針來作為函數(shù)的形參是一種常見的函數(shù)定義方式。 好處： 利用結(jié)構(gòu)的成員，一次可以傳入多項(xiàng)數(shù)據(jù)，從而簡化了函數(shù)的定義和調(diào)用 使用結(jié)構(gòu)指針做形參，可以在函數(shù)中修改結(jié)構(gòu)的成員 使用結(jié)構(gòu)指針做形參，可以減少函數(shù)調(diào)用時(shí)參數(shù)內(nèi)容復(fù)制的開銷。 后面我們會(huì)大量使用結(jié)構(gòu)指針來做形參！,6.2 鏈表,利用結(jié)

15、構(gòu)指針，可以實(shí)現(xiàn)一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表。 使用動(dòng)態(tài)數(shù)組，我們可以解決程序編寫時(shí)，不知道實(shí)際元素的數(shù)量導(dǎo)致的?？臻g浪費(fèi)問題。 但動(dòng)態(tài)數(shù)組依然需要在為數(shù)組分配空間之前知道元素的數(shù)量！ 如果在實(shí)際使用中，實(shí)際元素的數(shù)量是經(jīng)常動(dòng)態(tài)變化的，那么動(dòng)態(tài)數(shù)組依然會(huì)有內(nèi)存浪費(fèi)的問題。,6.2 鏈表,數(shù)組還存在另一個(gè)缺點(diǎn)，就是刪除和插入元素的效率問題。 如果要將一個(gè)新元素插入到數(shù)組的第3個(gè)位置上，那么從3到最后的全部元素都必須向后移動(dòng)一位 同樣，刪除元素需要將后面的全部元素向前移動(dòng)一位 鏈表解決了數(shù)組的這些缺點(diǎn)。它也是一種常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是： 能夠動(dòng)態(tài)增加或減少元素 插入或刪除某個(gè)元素，只會(huì)影響和它相鄰的

16、兩個(gè)元素。 搞明白鏈表及其操作，指針就徹底學(xué)會(huì)了！,6.2 鏈表,鏈表(Chained List/Linked List）在形式上類似于現(xiàn)實(shí)中的鏈條： 由多個(gè)結(jié)點(diǎn)（node）組成 每個(gè)結(jié)點(diǎn)中除數(shù)據(jù)外，還包含一個(gè)指針，指向鏈表中的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。 通過指針，各結(jié)點(diǎn)依次連接成一個(gè)鏈表 我們利用圖形的形式來看一下鏈表,6.2 鏈表,哨兵,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針head,單向鏈表的基本形式,struct node int data; struct node* next; ;,6.2 鏈表,哨兵,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針head,指針

17、變量p,struct node int data; struct node* next; ;,p=head-next; while(p-next!=NULL) /訪問數(shù)據(jù)p-data p=p-next; ,遍歷鏈表,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針head,指針變量p,struct node int data; struct node* next; ;,p=head-next; while(p-next!=NULL) /訪問數(shù)據(jù)p-data p=p-next; ,遍歷鏈表,哨兵,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針

18、head,指針變量p,struct node int data; struct node* next; ;,p=head-next; while(p-next!=NULL) /訪問數(shù)據(jù)p-data p=p-next; ,遍歷鏈表,哨兵,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針head,指針變量p,struct node int data; struct node* next; ;,p=head-next; while(p-next!=NULL) /訪問數(shù)據(jù)p-data p=p-next; ,遍歷鏈表,哨兵,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,

19、NULL,鏈表頭指針head,指針變量p,struct node int data; struct node* next; ;,p=head-next; while(p-next!=NULL) /訪問數(shù)據(jù)p-data p=p-next; ,遍歷鏈表,哨兵,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針head,遍歷鏈表,指針變量p,struct node int data; struct node* next; ;,p=head-next; while(p-next!=NULL) /訪問數(shù)據(jù)p-data p=p-next; ,NULL,哨兵,6.2 鏈表,哨兵,結(jié)點(diǎn)

20、1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,鏈表頭指針head,新節(jié)點(diǎn),struct node int data; struct node* next; ;,先使用遍歷操作找到接點(diǎn)2; p2-next=p1-next;,插入新結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)2、3之間,指針變量p1,指針變量p2,NULL,NULL,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,鏈表頭指針head,新節(jié)點(diǎn),struct node int data; struct node* next; ;,先使用遍歷操作找到接點(diǎn)2; p2-next=p1-next; p1-next-p2;,插入新結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)2、3之間,指針變量p1,指針變量p2,N

21、ULL,哨兵,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,鏈表頭指針head,新節(jié)點(diǎn),struct node int data; struct node* next; ;,先使用遍歷操作找到接點(diǎn)2; p2-next=p1-next; p1-next-p2; 整理一下圖形,插入新結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)2、3之間,指針變量p1,指針變量p2,NULL,哨兵,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,鏈表頭指針head,新節(jié)點(diǎn),struct node int data; struct node* next; ;,先使用遍歷操作找到接點(diǎn)2; p2-next=p1-next; p1-next-

22、p2; 整理一下圖形,插入新結(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)2、3之間,NULL,哨兵,6.2 鏈表,哨兵,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針head,指針變量p1,struct node int data; struct node* next; ;,令p1指向結(jié)點(diǎn)1,p2指向結(jié)點(diǎn)2 p1-next=p2-next；,刪除結(jié)點(diǎn)2,指針變量p2,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)2,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針head,指針變量p1,struct node int data; struct node* next; ;,令p1指向結(jié)點(diǎn)1,p2指向結(jié)點(diǎn)2 p1-next=p2-next；

23、 整理圖形,刪除結(jié)點(diǎn)2,指針變量p2,哨兵,6.2 鏈表,結(jié)點(diǎn)1,結(jié)點(diǎn)3,結(jié)點(diǎn)4,結(jié)點(diǎn)5,NULL,鏈表頭指針head,struct node int data; struct node* next; ;,令p1指向結(jié)點(diǎn)1,p2指向結(jié)點(diǎn)2 p1-next=p2-next；,刪除結(jié)點(diǎn)2,哨兵,6.2 鏈表,在單向鏈表的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)雙向鏈表、循環(huán)鏈表等更復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 例：輸入學(xué)生信息，學(xué)號(hào)為0時(shí)結(jié)束輸入。保存并輸出按照學(xué)號(hào)排序的信息。然后用戶每輸入一個(gè)名字，從存儲(chǔ)中刪除對(duì)應(yīng)的信息，直到用戶輸入回車或存儲(chǔ)為空為止。 分析： 使用鏈表保存學(xué)生信息 每輸入一個(gè)學(xué)生信息，動(dòng)態(tài)建立一個(gè)結(jié)點(diǎn)，并插入到合適的位置 最后使用遍歷操作來輸出學(xué)生信息 例:19studentlink.c,七、函數(shù)指針,指針實(shí)質(zhì)上是一個(gè)內(nèi)存地址。這個(gè)地址不但可以是數(shù)據(jù)的存放地址，也可以是一段代碼的地址。 函數(shù)指針就是一個(gè)指向函數(shù)地址的指針，即指向代碼的指針。 函數(shù)指針的定義及使用見20funcpoints.c 利用函數(shù)指針，可以實(shí)現(xiàn)很多非常強(qiáng)大的功能。,7.1 函數(shù)指針做參數(shù),使用函數(shù)指針做函數(shù)的參數(shù)，可以用一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能 例：學(xué)生信