C語言指針教學難點透析

張憶文

（華僑大學 計算機科學與技術學院，福建 廈門 361021）

C語言指針教學難點透析

張憶文

（華僑大學 計算機科學與技術學院，福建 廈門 361021）

指針既是C語言的重點，又是教學難點。文章從指針的基本概念入手，由淺入深地討論指針教學的重點與難點，重點介紹指向數組元素的指針、指向數組的指針、指針數組、指針函數以及函數指針變量等容易混淆的概念，通過應用實例揭示它們之間的區別，進而闡釋指針的實質。

C語言；指針；函數；數組

0 引 言

C語言程序設計在計算機程序設計語言中占有重要的一席之地，它以語法簡潔緊湊、程序精煉、運算符和數據結構豐富、編程靈活、可移植性好而著稱[1]。然而由于教科書內容僵化、過于抽象，且授課的對象往往是大學低年級學生，造成某些知識點難以理解，甚至理解錯誤。其中，C語言指針教學就是公認的教學難點[2]，因為指針是C語言的一大特色，用途極其廣泛，所以，如何讓學生透徹地理解指針，避免在使用過程中不犯錯誤或者少犯錯誤，是C語言教學中的一個重要問題。

1 指針的基本概念

1.1 指針變量的定義

所謂指針是指變量在內存中的地址，是一個常量，其實質是對地址的操作實現對數據的操作。“&”和“*”是指針的兩個最基本的運算符。“&”是取地址運算符，也就是將變量在內存的地址取出來，其結合性為自右向左。“*”是取內容運算符，也就是將指針變量所指向變量的值取出，其結合性為自左向右。用來存放指針（地址）的變量成為指針變量。其定義如下：

類型標識符 *指針變量名表;

例如：

void main( ){

(1) int i=20;

(2) int *p;

(3) p=&i;

(4) printf(“i address is %x p address is %x *p=%d”，&i，&p，*p);}

語句(2)定義了指針變量p，語句(3)對指針變量p進行初始化，使它指向普通變量i。注意到語句(2)指針定義中的“*”不是指針運算符，不進行任何運算，它僅僅是標志所定義的變量為指針變量。運行程序可知， i address is 0018FF44，p address is 0018FF40，*p=20。普通變量i和指針變量p的關系如圖1所示。

圖1 普通變量i與指針變量p

從圖1可以看出指針變量p的值為普通變量i的地址，也就是說指針變量p指向了普通變量i。普通變量i的值為20。指針變量和普通變量都是變量，其在內存中都占據一定的空間，例如：指針變量p在內存的地址為0018FF40，而普通變量i在內存的地址為0018FF44。指針變量與普通變量的最大區別就是：指針變量所存儲的內容是其他變量地址，而普通變量所存儲的內容是值。

1.2 指針變量的引用

指針變量的使用要注意以下幾點：

（1） 必須先定義，后使用。

（2）對指針變量的操作，其類型要一致。例如int i=50;char *p=&i;這個操作就是非法的，因為普通變量i其類型是整形，而指針變量p其類型為字符型，這兩個變量的類型不匹配。

（3）不能將數值直接賦值給指針變量，例如int *p=62353;這個語句也是非法的，因為指針變量只能存儲其他變量的地址。

（4）指針變量在使用之前必須對其進行初始化，例如 int *p;printf(“*p is %d”);這個操作是非法的，因為沒有對指針變量進行初始化，也就是說指針變量沒有所指。

（5）指針變量可以進行算術運算，例如 int a[5]={0,1,2,3,4}; int *p=a; p+3;語句p+3不是指針變量p的值簡單加3，而是使指針變量p指向a[3]，假設一個int占用4個字節(不同的編譯器，所占用的字節不一樣)，p+3相當于移動了12個字節。

（6）注意const int *p;int const *p; const int const *p;三者的區別。const int *p表示值不變地址可變，也就是說不能利用指針變量p對其所指向的對象的值進行修改，但指針變量p可以指向同類型的其他變量。int const *p表示地址不變，值可變，也就是說可以利用指針變量p對其所指向的對象的值進行修改，但指針變量p不能指向同類型的其他變量。const int const *p表示值不變，地址也不變，也就是說不能利用指針變量p對其所指向的對象的值進行修改，也不能使指針變量p指向同類型的其他變量。

2 指針與數組

數組是C語言中的一個重要構造類型，是具有相同數據類型的有序數據集合。數組中的每個元素都在內存中占用存儲單元，且每個存儲單元占據的存儲空間都是相同的。數組名代表數組元素的首地址，可以將其直接賦值給相同數據類型的指針變量。在指針的教學過程中，必須注意指向數組元素的指針、指向指針的指針、指向數組的指針、指針數組等概念的區別與聯系。

2.1 指向數組元素的指針

指向數組元素的指針變量的定義與以前的指針變量的定義一樣，但要確保數組的類型與指針變量的類型一致。例如：

以上的兩條語句定義了指向一維數組a的元素的指針變量p，并且對指針變量p進行初始化，使其指向數組的首元素a[0]。接下來我們就可以使用指針變量p訪問數組元素。例如p+1指向元素a[1]，注意p+1不是將p的數值簡單加1，而是使其指向當前元素的下一元素。所以*(p+1)與a[1]等價。更一般化，p+i （0≤i≤4）表示指針變量p指向數組的a[i]元素，所以*(p+i)與a[i]等價。當然也可以直接用數組名直接訪問數組元素，因為數組名代表數組首元素的地址，所以有*(a+i)與*(p+i)等價。

以上介紹了用指針變量訪問一維數組元素，接下來介紹指針變量訪問二維數組元素。例如：

想要訪問二維數組中的元素a[2][3],可以用如下的方法：

（1）直接用數組下標a[2][3];

（2）用一維數組名a訪問：*(a[2]+3)或*(a[0]+11)或*(a[3]-1];

（3）用二維數組名a訪問，只要將(2)中的一維數組名改成相應的二維數組名即可：*(*(a+2)+3)或*(*(a+0)+11)或*(*(a+3)-1);

（4）用指針變量p訪問：*(*(p+2)+3)或*(*(p+0)+11)或*(*(p+3)-1)等等。

2.2 指向指針的指針

指向指針的指針是指一個指針變量指向了另外一個指針變量，常稱為多級間址。例如：

語句(1)、(2)、(3)定義了指向指針的指針變量q并且對其進行初始化，指針變量q指向了指針變量p，而指針變量p指向了普通變量i。 運行程序可知，i address is 0018FF34，p address is 0018FF30，q address is 0018FF2C，p=0018FF34，q=0018FF30，*p= 20，**q=20。普通變量i、指針變量p和指向指針的指針變量q的關系如圖2所示。

圖2 指向指針的指針變量關系

從圖2可以看出指向指針的指針變量q的值為指針變量p的地址，也就是說指向指針的指針變量q指向了指針變量p。指針變量p的值為普通變量i的地址，也就是說指針變量p指向了普通變量i。*q指向了普通變量i，因此，**q的值就是i的值等于20。

2.3 指向數組的指針

指向數組的指針是數組名的指針，即數組首元素的指針，其實質為指針。接下來的實例將介紹指向一維數組的指針。

void main( ){

(1) int a[]={10,20,30,40,50};

(2) int (*p)[5];

(3) p=&a;

(4) printf(“%d ”, *(*p+3) );

(5) int b[2][4]={{0,1,2,3},{4,5,6,7}};

(6) printf(“%d ”, *(*(b+1)+3) );}

語句(2)聲明p是一個指向一維數組的指針，且所指向的一維數組的長度為5，其實質相當于二級間址。語句(3)將p初始化，使其指向一維數組a。*p的值和a的值一樣，都指向a[0]，(*p+3)指向a[3]，所以語句(4)的輸出結果為40。注意語句(3)不可以寫成p=a，因為盡管a是數組名代表數組元素的首地址，但其與數組名的地址是兩回事。實際上，二維數組名就是一個指向一維數組的指針，所以語句(6)的輸出結果為7。接下來的實例將介紹指向二維數組的指針。

void main( ){

(1) int a[2][3]={10,20,30,40,50,60};

(2) int (*p)[2][3];

(3) p=&a;

(4) printf(“%d ”, *(*(*p+1)+2));

語句(2)聲明p是一個指向二維數組的指針，且所指向的二維數組的第一維長度為2，第二維長度為3，其實質是指向二級指針的指針，相當于三級間址。語句(3)將p初始化，使其指向二維數組a。*p的值為a，(*p+1)指向一維數組a[1]，*(*p+1)+2指向二維數組元素a[1][2]，所以語句(4)的輸出結果為60。

2.4 指針數組

指針數組是指由若干個相同類型的指針組成的數組，其實質是數組。指針數組與普通數組的本質區別在于指針數組的元素是指針，而普通數組的元素是數值。指針數組與指向數組的指針的本質區別在于指針數組的實質是數組，而指向數組的指針其實質是指針。接下來的實例將介紹指針數組的定義及使用。

void main( ){

(1) char *p[4]={“apple”, “orange”, “pear”, “banana”};

(2) int i=2;

(3) printf(“%s ”, p[2]);}

語句(1)定義了指針數組p，它由4個元素(p[0]～p[3])組成，每個元素都是一個指向字符類型的指針。此外語句(1)還初始化了指針數組p，使p[0]的值指向字符串apple的首地址，p[1]的值指向字符串orange的首地址，p[2]的值指向字符串pear的首地址，p[3]的值指向字符串banana的首地址。特別需要注意區分char *p[4]與char (*p)[4]，前者是指針數組，后者是指向一維數組的指針。語句(3)輸出的結果為pear。

3 指針與函數

3.1 指針作為函數參數

整型、實型、字符型、數組、指針等都可以作為函數的參數，但整型、實型、字符型等作為函數參數時，實參與形參間是單向的值傳遞，也就是說形參的值發生變化不會影響到實參。而指針作為參數時，實參與形參間是傳遞的是地址，也就是說實參與形參共享一個地址空間，如果形參的值發生改變，實參的值也會相應的改變。例如：

上述實例中，函數void swap(int *p, int *q)是以指針作為形參，其作用是交換兩個形參的值。在主函數中，定義了兩個整形變量a、b并且分別賦值為10、20;此外，還定義了兩個整形的指針變量pa、pb使其分別指向a和b。調用函數swap時，需要注意的是實參的類型和形參的類型必須一致，在調用函數swap之后，程序輸出a=20，b=10，說明以指針作為函數參數，形參的值變化，相應的實參的值也發生改變。

3.2 指針函數

指針函數是指函數的返回值為指針類型，也就是說函數最后返回的是一個地址，而不是一個數值。指針函數的定義形式為：

類型標識符 *函數名(參數名){

函數體

以上實例中，首先定義了全局變量a，并且對其初始化，使其值為10;接下來定義了指針函數fun()，其返回類型為指向整型的指針，其參數列表為空。fun()函數的主要作用是返回全局變量a的地址。主函數首先定義了整型指針變量p，接下來對其初始化，使其指向fun()函數，接著輸出p所指向對象的值，最終的運行結果為*p=10。注意到指針函數不能返回局部變量的地址，因為局部變量在程序執行完成后，其所占用的內存空間會被系統回收。

3.3 函數指針變量

一個函數在內存中的起始地址就是該函數的指針。函數指針變量是用來存儲函數指針，通過函數指針變量可以調用函數。函數指針變量的定義如下：

類型標識符 （*指針變量名）（參數類型1，參數類型2，…，參數類型n）;

例如：

以上實例中，首先定義了add函數，其有兩個整型的參數a和b，add函數最終返回一個整型值，add函數的作用是求a與b的和。主函數首先定義了整型變量a和b，且分別對其初始化，a的值為5，b的值為10。語句int (*p_fun)(int,int);定義了函數指針變量p_fun。注意函數指針變量與指針函數的區別，int *p_fun(int,int)表示p_fun是指針函數，其返回一個指向整型的指針。區別函數指針變量與指針函數主要看這二者在定義過程中“*”號是否用圓括號()括起來，有圓括號表示函數指針變量，沒有圓括號表示指針函數。接下來的語句p_fun=add;對函數指針變量進行初始化，使其指向add函數在內存中的首地址，注意到在C語言中函數名稱代表函數在內存的起始地址。接下來的語句輸出(*p_fun)(a,b)的值，其結果為15。注意到(*p_fun)(a,b)也可以寫成p_fun(a,b)。

4 結 論

總之，在C語言的教學中要注意結合實例講清以下幾點：①指向指針的指針其實質是二級間址;②指向數組的指針其實質是指針，而指針數組其實質是數組;③指針函數其實質是指針，而函數指針其實質為函數。

[1] 劉韶濤, 潘秀霞, 應暉. C語言程序設計[M]. 北京: 清華大學出版社, 2015.

[2] 趙輝, 馮東棟. C語言中指針的教學方法研究[J]. 福建電腦, 2011, 27(4): 187-188.

（編輯：彭遠紅）

1672-5913(2017)01-0155-04

G642

華僑大學引進人才科研啟動基金項目（2016BS104）。

張憶文，男，講師，研究方向為綠色計算、實時調度，zyw@hqu．edu．cn。