C語言中的指針教學探索

摘要：指針在C語言中具有重要的地位，也是初學者最不容易掌握的內容。本文首先介紹了計算機的存儲機制，在此基礎上介紹了指針的概念，并給出了幾個典型的指針應用的例子，說明了指針的方法。

關鍵詞：C語言；指針；教學探索

中圖分類號：G642.0 ？搖文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0233-03

指針在C語言中具有重要的地位，也是C語言教學中學生最難掌握的內容，一個學生是否學會了C語言，從他是否掌握了指針就可以大體上做出評判。本文重點探討一下C語言在指針教學中的要點和體會。

一、計算機的存貯機制

在教學中我們發現，一些學習過計算機原理、匯編的同學，對指針的概念比較容易理解，掌握的也比較快，即便遇到一些比較復雜的指針關系，也往往能夠通過自己的思考，給出正確的解釋。究其原因，就是因為這些同學對計算機的存儲機制比較了解，可以將指針與存儲對應起來。為此，我們先簡要介紹一下計算機的存儲機制。在計算機中，數據以二進制的形式存儲在內存中，內存的基本單位是字節，一個字節由8位二進制組成，一個數可以由一個字節表示，也可以由多個字節組合在一起表示，與具體的數值類型有關。比如，一般來說一個字符用一個字節表示就可以了，而一個整數則一般由多個字節表示，比如2個字節或4個字節等。具體由幾個字節表示，與具體的C語言編譯器有關。為了敘述方便，在以下的討論中我們假定字符是一個字節，而整數是兩個字節。

內存中每個字節都有一個編號，通常稱為該字節的地址，用于指定該字節。就好比我們通常用號碼對賓館的房間進行編號一樣。地址的長度也是與編譯器有關的，在這里我們假定地址的長度為4個字節。圖1給出了一個內存存儲的示意圖。同樣為了敘述方便，無論是地址還是數據我們都使用的是十進制或者直接使用字符，而實際上應該是二進制的。在圖1中，左邊的表示地址，右邊的表示存儲的內容。在1000～1001這兩個地址中，存儲的分別是字符a、b，每個各種一個字節。1002和1004開始的兩個字節，存儲的分別是123和456兩個整數。2010、2014和2018開始的4個字節，分別存儲了1003、1000和2010，其含義我們在后面再介紹。在C語言中，一個變量是與一個地址所對應的，比如，如果定義了變量：int n，m；則編譯器會自動為n、m分別分配一個地址，變量n、m的值就分別存儲在它們所對應的地址中。

二、指針的基本概念

什么是指針？簡單地說指針就是其值為地址的變量。一個指針變量的值是某個地址，該變量所指向的內容，則是該地址中所存儲的內容。如同整型變量一樣，指針變量也是一個變量，只不過整型變量的值是整數，而指針變量的值是一個指針，也就是說是一個地址，通過該地址可以找到指針所指向的內容。下面討論中，指針變量我們簡稱為指針。我們先通過一個類比的例子來說明指針的概念。假設某賓館有101、102……等房間，這些房間中，有些是住人的，比如101房間住的是張三，102房間住的是李四，則可以認為101房間的值是張三，102房間的值是李四。這個賓館有些奇怪，除了住人的房間外，還有一些房間并不住人，里面只是有一個牌子，上面寫著某個房間號。比如說，105這個房間，里面的牌子上寫著102。那么105房間就可以認為對應一個指針變量，其值是一個地址102，該指針所指向的值，就是102房間的李四。這里要區分出指針自己的值以及指針所指向的值。在該例子中，105房間（指針）自己的值是102，其指向的值是李四。結合圖1的例子，我們假設有以下定義：int *p1；char *p2；假設編譯器為p1、p2分別分配的地址是圖1中的2010和2014，則p1的值是1002，是一個地址，而p1所指向的內容，即*p1的值為地址1002中所存儲的內容，即整數123。同樣，p2的值是1000，也是一個地址，p2所指向的內容，即*p2的值為字符a。有了以上指針的基本概念后，再復雜的指針，也可以一步推導出具體的含義。比如如下的指針的指針的定義：int **p；還是假定編譯器為p分配的地址是圖1中的2018。則p的值是2010，是一個地址。P所指向的內容，也就是*p的值是地址2010中的內容1002，還是一個地址。P所指向的內容的內容，即**p就是存貯在1002中的整數123。C語言中，操作符“&”可以得到一個變量的地址，比如：int n，*p；就可以通過p=&n得到變量n的地址，并賦值給指針p。

三、指針的應用

在C語言中，指針的應用比較多，有些情況是用指針會比較方便，有些情況是必須用指針。下面給出幾個有關指針使用的例子。

1.交換兩個變量的數據，編寫一個函數，實現兩個變量數據的交換，初學者很可能給出這樣的定義：

void swap（int a，int b）

{

int t=a；

a=b；

b=t；

}

當為了交換兩個變量的數值時，則這樣調用：

main（）

{

int x=10，y=20；

printf（“%d %d/n”，x，y）；

swap（x，y）；

printf（“%d %d/n”，x，y）；

}

但是，當你運行該程序時，卻驚奇的發現結果并不正確。這是為什么呢？這與C語言中參數的傳遞機制有關。在調用swap函數時，x、y的值傳遞給了參數a、b，在函數內部交換的實際上是a、b的值，而不是x、y的值。那么如何解決這個問題呢？在C語言中就需要用到指針了。正確的swap函數的定義及調用如下：

void swap（int *a，int *b）

{

int t=*a；endprint

*a=*b；

*b=t；

}

main（）

{

int x=10，y=20；

printf（“%d %d/n”，x，y）；

swap（&x，&y）；

printf（“%d %d/n”，x，y）；

}

這樣為什么就是正確的呢？因為通過取地址操作&分別得到了x、y的地址，在函數調用時，作為參數x、y的地址傳遞給了a、b，在swap內部，交換的是a、b所指向的內容，而a、b所指向的內容，實際上就是x、y的值，從而達到了交換x、y值的目的。假設x、y的地址分別是1000和1002，而在調用swap時，分配給a、b的地址分別是2000和2004。由于x、y均為整數，這里假定整數占用兩個字節；而a、b均為指針，假定占用4個字節，如圖2所示。通過取地址操作分別得到x、y的地址1000和1002，并作為參數傳遞給了a和b，在swap內部交換a、b所指向的內容，實際上交換的就是內存地址1000和1002的內容，也就是x和y的內容。所以，通過指針操作，達到了交換x、y的值的目的。

2.鏈表。鏈表的功能與數組有些類似，但是鏈表的長度不固定，可以根據需要動態的調整，可長可短。而且鏈表最大的好處是插入、刪除比較方便。比如說，用鏈表記錄某一門課的成績，選修的學生人數少的可能有十幾人，多的可能有幾百人。如果用數組，則可能需要定義一個最大值，無論學生多少，都需要定義這么大的數組。而如果用鏈表的話，則可以根據學生的多少，動態的變化。再比如，如果某個學生中途退選了這門課程，需要刪除該學生的有關信息，如果是數組的話，特別是當需要刪除的學生排在第一位時，則需要在數組中移動所有學生的信息。而鏈表，則可以比較容易地刪除一個學生的信息。插入一個學生信息也是如此。特別當這種插入、刪除操作頻繁發生時，使用鏈表的效率就會比較高。所謂的鏈表，就是一些通過指針鏈接在一起的數據單元。一個數據單元由兩部分組成，一部分為數據域，用于存放與該數據單元有關的數據，一部分為指針域，用于存放鏈表的下一個單元的地址。鏈表的示意圖如圖3所示。

其中Di表示數據，數據不一定是一個，可能是一組相關聯的數據。鏈表最后一個單元的指針是空指針NULL，表示鏈表結束，這里用“^”表示。在C語言中，鏈表的單元可以用結構定義。比如，我們要實現一個記錄某個課程成績的鏈表，一個單元記錄一個學生的信息，包括學號、姓名、成績等。則該單元可以定義如下：

struct NODE

{

？搖int number；

？搖double grade；

？搖struct NODE *next；

}；

這里用nunber表示學號，grade表示成績，next是指向下一個單元的指針。那么如何建立一個鏈表呢？可以通過每次向一個鏈表插入一個單元的辦法建立一個鏈表。要插入一個單元，首先要為一個單元分配一個空間，這可以通過C語言的函數malloc來實現，其輸入參數是單元的大小，其返回值是指向該單元的指針。比如本例中，以下調用就為一個單元分配了空間，并在p中得到了指向該單元的指針：

strunct NODE *p；p=malloc（sizeof（struct NODE））；假設list是指向學生成績鏈表的指針，如果向該鏈表插入一個單元，其實很簡單，只要令該單元的next等于list，然后再將list指向該單元就可以了。下面給出向學生成績鏈表中插入一個單元的函數，其中輸入參數分別是指向成績鏈表的指針、學號、姓名和成績，返回值是指向插入了一個單元后的成績鏈表的指針。這里假定開始時，成績鏈表為空，即list的值為NULL。

struct NODE *insert（struct NODE *list，int number，double grade）

{

？搖struct NODE *p；

？搖p = malloc（sizeof（struct NODE））；

？搖p->number = number；

？搖p->grade = grade；

？搖p->next = list；

？搖return p；

}

比如從鍵盤輸入學生學號和成績建立成績鏈表，當學號為0時表示輸入結束，則程序如下：

struct NODE *list = NULL； //初始的成績鏈表為一個空表

mail（）

{

？搖int number = 1；

？搖double grade；

？搖while （1）

？搖{

？搖？搖printf（“請輸入學號、成績：”）；

？搖？搖scanf（“%d %f”， &number， &grade）；

？搖？搖if （number == 0） break；

？搖？搖list = insert（list， number， grade）；？搖}

}

為了輸出成績單，可以用以下的函數實現，其原理就是先輸出成績鏈表的第一個同學的成績，然后再通過指針找到下一個同學，以此類推，直到下一個同學為NULL為止。該函數的輸入參數為指向成績鏈表的指針。

Printlist（strunct NODE *list）

{

while （list）

？搖{

？搖？搖printf（“學號：%d 成績：%f＼n”，list->number， list->grade）；endprint

？搖？搖list = list->next；？搖}

}

3.樹結構。樹結構簡稱為樹，比如當表示一個家族關系時，就需要用到樹結構。樹結構也可以用指針實現。比如某家族情況如下：

A為祖父，B是他的妻子，C、D、E是他們的孩子，其中C、D為男孩，E為女孩，F是C的妻子，G、H是C的孩子。如何表示這樣的一種結構呢？我們可以設計這樣的一種結構：

struct TREE

{

char xingming[10]；

strunct TREE *peiou；//指向配偶

strunct TREE *xiongmei；//指向自己的一個兄弟姐妹

strunct TREE *haizi；//指向自己的孩子鏈表

strunct TREE *fuqin；//指向自己的父親

}

這里，配偶、父親都是唯一的，用指針指向他們就可以了。由于一個人的兄弟姐妹人數是不確定的，有的人多有的人少，所以兄弟姐妹之間用上節介紹的鏈表表示，也就是說，同屬于一個父親的兄弟姐妹之間，形成一個鏈表。父親的haizi（孩子）指針，指向該鏈表的第一個單元，通過該指針，就可以得到一個人的所有的孩子。示意圖如下：

而這里的父親、妻子、孩子等，也都與張三具有同樣的結構，比如“妻子”，也有指向她父親的指針，她的配偶指針則指向張三，而她的孩子指針，也同張三一樣，指向孩子鏈表。有了這樣的結構和鏈接關系，就可以很方便地從家族樹中提取出想要的關系。假設p是指向張三這個結構的指針，則有：輸出張三的父親：printf（“%s”，p->fuqin->xingming）；輸出張三的母親，由于這里并沒有直接的“母親”信息，可以通過父親的配偶關系得到：Printf（“%s”，p->fuqin->peiou->xingming；當然，也可以在結構中增加一個muqin指針，直接指向自己的母親，這完全根據實際需要設計。比如，如果頻繁的查找某些人母親信息，則可以考慮添加一個muqin指針，以提高效率。輸出張三的所有孩子：q=p->haizi；

while （q）

{

？搖printf（“%s “，q->xingming）；

？搖q=q->xiongmei；}

在C語言中，指針是比較重要的概念，也是學生在學習過程中難于理解且遇到的比較多的問題。通過在C語言教學過程中的實踐，整理了一些針對指針教學的問題，通過這些問題的講解和分析，學生往往會加深對指針的理解，希望對有關C語言的教與學能起到一定的幫助。

參考文獻：

[1]薛勝軍.計算機組成原理[M].武漢：華中科技大學出版社，2000.

[2]王誠，劉衛東，宋佳興.計算機組成與設計[M].3版.北京：清華大學出版社，2008.

[3]嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）[M].北京：清華大學出版社，2006.

[4]譚浩強.C程序設計M].北京：清華大學出版社，2006.

[5]David J.Kruglinski.Visual.C++技術內幕[M].4版.北京：清華大學出版社，2001.

[6]H.M.Deitel，P.J.Deitel.C程序設計教程[M].北京：機械工業出版社，2001.

[7]黃宇.C語言教學中幾個常見的問題[J].計算機教育，2009，（10）.endprint

？搖？搖list = list->next；？搖}

}

3.樹結構。樹結構簡稱為樹，比如當表示一個家族關系時，就需要用到樹結構。樹結構也可以用指針實現。比如某家族情況如下：

A為祖父，B是他的妻子，C、D、E是他們的孩子，其中C、D為男孩，E為女孩，F是C的妻子，G、H是C的孩子。如何表示這樣的一種結構呢？我們可以設計這樣的一種結構：

struct TREE

{

char xingming[10]；

strunct TREE *peiou；//指向配偶

strunct TREE *xiongmei；//指向自己的一個兄弟姐妹

strunct TREE *haizi；//指向自己的孩子鏈表

strunct TREE *fuqin；//指向自己的父親

}

這里，配偶、父親都是唯一的，用指針指向他們就可以了。由于一個人的兄弟姐妹人數是不確定的，有的人多有的人少，所以兄弟姐妹之間用上節介紹的鏈表表示，也就是說，同屬于一個父親的兄弟姐妹之間，形成一個鏈表。父親的haizi（孩子）指針，指向該鏈表的第一個單元，通過該指針，就可以得到一個人的所有的孩子。示意圖如下：

而這里的父親、妻子、孩子等，也都與張三具有同樣的結構，比如“妻子”，也有指向她父親的指針，她的配偶指針則指向張三，而她的孩子指針，也同張三一樣，指向孩子鏈表。有了這樣的結構和鏈接關系，就可以很方便地從家族樹中提取出想要的關系。假設p是指向張三這個結構的指針，則有：輸出張三的父親：printf（“%s”，p->fuqin->xingming）；輸出張三的母親，由于這里并沒有直接的“母親”信息，可以通過父親的配偶關系得到：Printf（“%s”，p->fuqin->peiou->xingming；當然，也可以在結構中增加一個muqin指針，直接指向自己的母親，這完全根據實際需要設計。比如，如果頻繁的查找某些人母親信息，則可以考慮添加一個muqin指針，以提高效率。輸出張三的所有孩子：q=p->haizi；

while （q）

{

？搖printf（“%s “，q->xingming）；

？搖q=q->xiongmei；}

在C語言中，指針是比較重要的概念，也是學生在學習過程中難于理解且遇到的比較多的問題。通過在C語言教學過程中的實踐，整理了一些針對指針教學的問題，通過這些問題的講解和分析，學生往往會加深對指針的理解，希望對有關C語言的教與學能起到一定的幫助。

參考文獻：

[1]薛勝軍.計算機組成原理[M].武漢：華中科技大學出版社，2000.

[2]王誠，劉衛東，宋佳興.計算機組成與設計[M].3版.北京：清華大學出版社，2008.

[3]嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）[M].北京：清華大學出版社，2006.

[4]譚浩強.C程序設計M].北京：清華大學出版社，2006.

[5]David J.Kruglinski.Visual.C++技術內幕[M].4版.北京：清華大學出版社，2001.

[6]H.M.Deitel，P.J.Deitel.C程序設計教程[M].北京：機械工業出版社，2001.

[7]黃宇.C語言教學中幾個常見的問題[J].計算機教育，2009，（10）.endprint

？搖？搖list = list->next；？搖}

}

3.樹結構。樹結構簡稱為樹，比如當表示一個家族關系時，就需要用到樹結構。樹結構也可以用指針實現。比如某家族情況如下：

A為祖父，B是他的妻子，C、D、E是他們的孩子，其中C、D為男孩，E為女孩，F是C的妻子，G、H是C的孩子。如何表示這樣的一種結構呢？我們可以設計這樣的一種結構：

struct TREE

{

char xingming[10]；

strunct TREE *peiou；//指向配偶

strunct TREE *xiongmei；//指向自己的一個兄弟姐妹

strunct TREE *haizi；//指向自己的孩子鏈表

strunct TREE *fuqin；//指向自己的父親

}

這里，配偶、父親都是唯一的，用指針指向他們就可以了。由于一個人的兄弟姐妹人數是不確定的，有的人多有的人少，所以兄弟姐妹之間用上節介紹的鏈表表示，也就是說，同屬于一個父親的兄弟姐妹之間，形成一個鏈表。父親的haizi（孩子）指針，指向該鏈表的第一個單元，通過該指針，就可以得到一個人的所有的孩子。示意圖如下：

而這里的父親、妻子、孩子等，也都與張三具有同樣的結構，比如“妻子”，也有指向她父親的指針，她的配偶指針則指向張三，而她的孩子指針，也同張三一樣，指向孩子鏈表。有了這樣的結構和鏈接關系，就可以很方便地從家族樹中提取出想要的關系。假設p是指向張三這個結構的指針，則有：輸出張三的父親：printf（“%s”，p->fuqin->xingming）；輸出張三的母親，由于這里并沒有直接的“母親”信息，可以通過父親的配偶關系得到：Printf（“%s”，p->fuqin->peiou->xingming；當然，也可以在結構中增加一個muqin指針，直接指向自己的母親，這完全根據實際需要設計。比如，如果頻繁的查找某些人母親信息，則可以考慮添加一個muqin指針，以提高效率。輸出張三的所有孩子：q=p->haizi；

while （q）

{

？搖printf（“%s “，q->xingming）；

？搖q=q->xiongmei；}

在C語言中，指針是比較重要的概念，也是學生在學習過程中難于理解且遇到的比較多的問題。通過在C語言教學過程中的實踐，整理了一些針對指針教學的問題，通過這些問題的講解和分析，學生往往會加深對指針的理解，希望對有關C語言的教與學能起到一定的幫助。

參考文獻：

[1]薛勝軍.計算機組成原理[M].武漢：華中科技大學出版社，2000.

[2]王誠，劉衛東，宋佳興.計算機組成與設計[M].3版.北京：清華大學出版社，2008.

[3]嚴蔚敏，吳偉民.數據結構（C語言版）[M].北京：清華大學出版社，2006.

[4]譚浩強.C程序設計M].北京：清華大學出版社，2006.

[5]David J.Kruglinski.Visual.C++技術內幕[M].4版.北京：清華大學出版社，2001.

[6]H.M.Deitel，P.J.Deitel.C程序設計教程[M].北京：機械工業出版社，2001.

[7]黃宇.C語言教學中幾個常見的問題[J].計算機教育，2009，（10）.endprint