C 語言快速導覽 - 指標

指標是儲存記憶體位址的資料型態，實際上我們須認識電腦管理記憶體好比一個長列，每一列都有以位元編碼的位址，每一位址都可儲存位元編碼的資料，示意圖如下




例如，我們宣告並指派初值 22 給整數變數 a ，編譯器將變數 a 放在 0110 的記憶體位址裡，稍後我們再宣告另一個指向 a 的指標變數 aPtr ，假設編譯器 aPtr 放在 1001 的記憶體位址裡，如下圖所示



因此，指標變數 aPtr 的內容為變數 a 的記憶體位址，如下



宣告 C 語言的指標變數，格式如下



* 為宣告指標所用的運算子，注意這跟乘法運算子一樣，編譯器會依上下文判斷星號用為宣告指標，還是用為兩數相乘。


很多情況下我們都需要直接操作記憶體位址，例如提升程式執行效率與建立資料結構。 C 語言中使用指標需要先經過宣告，如下列程式建立一個指標變數 aPtr 指向變數 a

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 9;
    int *aPtr;
    aPtr = &a;
    
    printf("利用指標指向變數 *aPtr = %d\n", *aPtr);
    
    return 0;
}

/* 《程式語言教學誌》的範例程式
    http://pydoing.blogspot.com/
    檔名：aPtr.c
    功能：示範指標的宣告及使用
    作者：張凱慶
    時間：西元2010年4月 */

編譯後執行，如下



第 6 行

int *aPtr;

為宣告指標變數。第 7 行

aPtr = &a;

替指標變數指派初值，注意， & 為取址運算子，可以取得該變數的記憶體位址，這跟位元運算的且運算子是相同的，所以編譯器會依前後文自行判斷用途。


這兩行可以合併寫成

int *aPtr = &a;

第 9 行

printf("利用指標指向變數 *aPtr = %d\n", *aPtr);

指標變數使用時另加上的星號，稱為間接運算子或反參考運算子，這是用來取得該指標所指向的數值，而非記憶體位址。


下列程式依次印出變數 a 的值與記憶體位址、 aPtr 的值與所參考的數值。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 9;
    int *aPtr = &a;
    
    printf("a = %d\n", a);
    printf("&a = %p\n", &a);
    printf("aPtr = %p\n", aPtr);
    printf("*aPtr = %d\n", *aPtr);
    
    return 0;
}

/* 《程式語言教學誌》的範例程式
    http://pydoing.blogspot.com/
    檔名：aPtr2.c
    功能：印出指標變數的記憶體位址
    作者：張凱慶
    時間：西元2010年4月 */

編譯後執行，如下



由於 C 語言的函數只能回傳一個值，所以當程式需要呼叫函數修改超過兩個值的時候，可以傳遞指標當作參數，讓呼叫的函數直接進行修改，如下例的函數 swap() 將 a 及 b 的值進行對調

#include <stdio.h>

void swap(int *, int *);

int main(void)
{
    int a = 22;
    int b = 11;
    
    printf("兩數交換以前.. a = %d, b = %d\n", a, b);
    
    swap(&a, &b);
    
    printf("兩數交換以後.. a = %d, b = %d\n", a, b);
    
    return 0;
}

void swap(int *aPtr, int *bPtr)
{
    int temp;
    
    temp = *aPtr;
    *aPtr = *bPtr;
    *bPtr = temp;
}

/* 《程式語言教學誌》的範例程式
    http://pydoing.blogspot.com/
    檔名：swap.c
    功能：示範利用指標修改兩個參數
    作者：張凱慶
    時間：西元2010年4月 */

編譯後執行，如下



第 12 行

swap(&a, &b);

將兩個變數取址後就是指標變數，然後傳遞給函數 swap()

void swap(int *aPtr, int *bPtr)
{
    int temp;
    
    temp = *aPtr;
    *aPtr = *bPtr;
    *bPtr = temp;
}

函數 swap() 接受兩個指標的參數後，另以一個區域變數 temp 暫存 aPtr 所指向的值，然後把 bPtr 的值給 aPtr ，注意此時兩個變數 aPtr 及 bPtr 的值一樣。最後把暫存變數 temp 的值，也就是 aPtr 原先所儲存的值給 bPtr ，兩數的值便做了對調。


由於陣列名稱就是指標，字串也就是字元陣列常常直接利用指標來操作，如下例

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    char *aPtr = "Seeing is believing.";
    
    while (*aPtr != '.') {
        printf("%c\n", *aPtr);
        aPtr++;
    }        
    
    return 0;
}

/* 《程式語言教學誌》的範例程式
    http://pydoing.blogspot.com/
    檔名：charPtr.c
    功能：示範利用指標操作字元陣列
    作者：張凱慶
    時間：西元2010年4月 */

編譯後執行，如下



第 5 行

char *aPtr = "Seeing is believing.";

指標變數 aPtr 會指向此字串第一個字元，也就是大寫 S 的記憶體位址。


第 7 到 10 行

while (*aPtr != '.') {
    printf("%c\n", *aPtr);
    aPtr++;
}

此即利用迴圈逐行印出每個字元。


這裡注意指標也是可以進行計算的，但有其限制，合法的指標運算如下表

相同資料型態的指標才可互相指派

指標可相加或相減某一範圍的整數

指向相同陣列的指標可以相減或比較

指標可以指派 0 或是與 0 做比較

關於在結構中使用指標，請參考 C 語言的結構，另有指向函數的指標，請參考函數指標。

C 語言的衍生資料型態
到 C 語言的指標
到 C 語言的陣列
到 C 語言的結構
到 C 語言的聯合
到 C 語言的函數

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