淺談C語(yǔ)言中指針的概念及基本應(yīng)用規(guī)律

摘 要：指針是c語(yǔ)言的精華，拋開(kāi)指針的C語(yǔ)言是沒(méi)有生命力的。雖然如雷貫耳的Joel Spolsky曾說(shuō)過(guò)對(duì)指針的理解是一種天賦，不是通過(guò)訓(xùn)練就可以達(dá)到的。但鑒于其重要性和學(xué)生學(xué)習(xí)中關(guān)于該內(nèi)容理解程度普遍低下的不幸事實(shí)，我認(rèn)為深入理解指針的本質(zhì)含義，對(duì)我們編寫(xiě)程序還是有很大幫助的。筆者從幾個(gè)方面來(lái)剖析指針的本質(zhì)，并著重圍繞指針的一個(gè)重要應(yīng)用——?jiǎng)討B(tài)分配內(nèi)存來(lái)談?wù)勅绾位乇艹Ｒ?jiàn)錯(cuò)誤，形成科學(xué)正確的編程習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：C語(yǔ)言；指針；應(yīng)用規(guī)律

1 C語(yǔ)言指針中的兩個(gè)概念區(qū)分

⑴數(shù)組指針和指針數(shù)組。指向數(shù)組的指針?lè)Q為數(shù)組指針，數(shù)組的特點(diǎn)是數(shù)組中每個(gè)元素類(lèi)型相同，且在內(nèi)存中連續(xù)存放，只要數(shù)組指針向一個(gè)成員，則可順次推算出其余成員的地址，因此通過(guò)數(shù)組指針可將數(shù)組中的所有元素間接訪問(wèn)；指針數(shù)組是指一組類(lèi)型相同的指針組成的數(shù)組，其與數(shù)組指針最大的不同是，指針數(shù)組在指針的數(shù)量上有所改變，它由一個(gè)指針演變到一組同類(lèi)指針。

⑵指針函數(shù)與函數(shù)指針。指針函數(shù)是返回值為指針的函數(shù)，指針函數(shù)打破了其它高級(jí)語(yǔ)言中的指針、數(shù)組不能作為返回值的局限，體現(xiàn)了C語(yǔ)言程序的靈活性。值得注意的是，若使用變量的地址作為函數(shù)的返回值，此地址所對(duì)應(yīng)的變量空間如果被釋放，其中的數(shù)據(jù)可能發(fā)生了變化，那么就不能達(dá)到正常的傳送數(shù)據(jù)的目的，另外在使用指針函數(shù)時(shí)，接受函數(shù)值的變量也必須為指針，且應(yīng)與返回值的類(lèi)型相同。指針變量可以指向整型變量、字符串變量、也可以指向函數(shù)的入口地址和指針為函數(shù)指針。函數(shù)指針是一個(gè)高深的概念，函數(shù)指針的作用是函數(shù)間傳遞函數(shù)，指針函數(shù)與函數(shù)指針的相似之處在于兩者都跟函數(shù)有關(guān)，不同之處在于指針函數(shù)中的指針指向函數(shù)出口，而函數(shù)指針中的指針指向函數(shù)入口，二者指向方向的差異是兩者間的最大區(qū)別。

2 指針一些主要應(yīng)用的基本規(guī)律

我們已經(jīng)看到，所謂指針的概念跟內(nèi)存有著緊密的聯(lián)系。對(duì)指針的理解，本質(zhì)上是對(duì)內(nèi)存的理解，畢竟內(nèi)存是生命空間。而指針的一些主要應(yīng)用，也的確凸現(xiàn)了這一點(diǎn)，讓無(wú)數(shù)學(xué)生頭痛不已的鏈表，結(jié)合一些內(nèi)存相關(guān)函數(shù)，指針游走于內(nèi)存當(dāng)中，充分地表現(xiàn)自己。

⑴定義指針后，必須將其初始化。可以用做給指針變量初始化的有變量的地址，另一個(gè)指針變量，數(shù)組名，函數(shù)名等。需要注意的是動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配時(shí)，使用之前將其初始化為NULL。

指針在定義之后，如果沒(méi)有明確賦值，那么和其他變量類(lèi)似，其內(nèi)部的地址值是隨機(jī)的。此時(shí)指針指向的空間中的數(shù)據(jù)意義是不可預(yù)測(cè)的，一般成為野指針。我們知道在C語(yǔ)言中，指針是可以指向CPU可訪問(wèn)內(nèi)存的任意位置，這客觀上造成了錯(cuò)誤地指向系統(tǒng)數(shù)據(jù)或其他有用數(shù)據(jù)的可能。而且C語(yǔ)言一般不做諸如數(shù)組越界或野指針的檢查。NULL在一般的編譯器中都都在某編譯系統(tǒng)的頭文件的中做了宏定義，通常情況下被定義為0L。0L的含義是：“值為0的整數(shù)常量表達(dá)式”。大多數(shù)操作系統(tǒng)將0L開(kāi)始的一段內(nèi)存預(yù)留出來(lái)做為無(wú)用的空間，指針在沒(méi)有明確使用的情況下指向此處，可以保護(hù)系統(tǒng)。

⑵如果利用指針動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存，使用過(guò)后注意釋放內(nèi)存，否則會(huì)造成內(nèi)存泄漏。程序的內(nèi)存空間一般分為四個(gè)邏輯區(qū)域，即代碼區(qū)、全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)、棧區(qū)和堆區(qū)。當(dāng)程序執(zhí)行的時(shí)候，其可執(zhí)行文件作為二進(jìn)制機(jī)器指令被調(diào)入內(nèi)存順序存放，以實(shí)現(xiàn)所謂的自動(dòng)執(zhí)行。棧區(qū)主要是函數(shù)調(diào)用的活動(dòng)區(qū)域，為函數(shù)分配局部動(dòng)態(tài)變量等，函數(shù)調(diào)用結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)收回內(nèi)存。全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)存放的是靜態(tài)和全局變量，隨著程序的消亡而自動(dòng)收收回內(nèi)存。一般我們常說(shuō)的內(nèi)存泄漏是指堆內(nèi)存的泄漏。堆內(nèi)存是指程序從堆區(qū)中分配的，大小任意的（內(nèi)存塊的大小可以在程序運(yùn)行期決定），是由程序員自己需要時(shí)申請(qǐng)，使用完后也必須用程序代碼顯式釋放的內(nèi)存。應(yīng)用程序一般使用mal-loc，realloc，new等函數(shù)從堆中分配到一塊內(nèi)存（通過(guò)指針變量記錄 該段內(nèi)存的首地址來(lái)實(shí)現(xiàn)），使用完后，程序必須負(fù)責(zé)相應(yīng)的調(diào)用free或delete釋放該內(nèi)存塊，否則，這塊內(nèi)存就不能被再次使用，我們就說(shuō)這塊內(nèi)存泄漏了。使用指針時(shí)，在賦值等重要操作之前要注意觀察指針的當(dāng)前指向， 做適當(dāng)?shù)娘@式判斷，動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存塊，尤其要保留其指針初值，以便釋放內(nèi)存。

如下列代碼段：

如果缺少free（str）語(yǔ)句，將造成1000個(gè)字節(jié)的堆內(nèi)存泄漏。引起內(nèi)存泄漏的主要原因在于內(nèi)存分配后指向內(nèi)存的指針丟失了。在堆里動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存以后，如果擅自修改指針的指向，就會(huì)早成野指針而迷失方向，無(wú)法回收內(nèi)存，引起泄漏。

⑶指針?biāo)赶虻膬?nèi)存回收以后，也要清除指針，安全起見(jiàn)將其重置為NULL。

如下列代碼段：

如果缺少語(yǔ)句str=NULL，后果無(wú)法預(yù)料，極度危險(xiǎn)。因?yàn)閒ree（str）：之后，str成為野指針，其指向不明，if（str！=NULL）語(yǔ)句不起作用。此時(shí)，str指向的存儲(chǔ)區(qū)里是什么？我們不知道。它有可能是一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)，甚至可能是一條程序源代碼（指針指向代碼區(qū)某段）。如果此時(shí)指針不幸指向系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)區(qū)，給它賦值一個(gè)字符串“word”，將會(huì)引起整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)崩潰。在用指針訪問(wèn)數(shù)組的時(shí)候，也要注意不要超出數(shù)組的低端和高端界限，否則也會(huì)造成類(lèi)似的錯(cuò)誤。

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