這是最為頭疼的 C 語言專題，比起之前的內(nèi)容來說，指針確實(shí)較難理解一些。更別說使用了。不過，看一下講解，應(yīng)該會(huì)比較清楚一些它的基本用途。

指針的定義

指針（Pointer），就像是一個(gè)桌面上的“快捷方式”。你打開程序?yàn)榱瞬蝗ッ恳粋€(gè)盤找到對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序然后打開，就建立了一個(gè)桌面快捷方式，這樣統(tǒng)一管理這些東西，會(huì)比較輕松一些。

我們可以將指針理解為一個(gè)變量的快捷方式。為了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)，所以建立起了這些指針，來“間接”操控?cái)?shù)據(jù)的數(shù)值。

我們使用這樣的符號(hào)來聲明一個(gè)指針：

它們的名字和普通的變量名字都是一樣的規(guī)范：數(shù)字、字母、下劃線（且首字符不可是數(shù)字）。當(dāng)然了，因?yàn)橹羔樣⑽拿?pointer，所以取名為這三個(gè)寫法，是指針最常見的取名。我們可以用星號(hào) * 表示它是一個(gè)指針變量。注意哦，這個(gè)星號(hào)要寫在變量名字的左邊才奏效；寫在變量的右側(cè)則可能會(huì)被處理成乘法符號(hào)而報(bào)錯(cuò)。

另外，在 C 語言之中，星號(hào)是挨著變量名字的，當(dāng)然你也可以寫作

全部都可以，它們都和第一句 int *p 是一樣的意思，不過有些時(shí)候?yàn)榱朔奖憷斫獯a呢，你可能需要借助后面兩種思維來理解指針。現(xiàn)在來看看如何理解指針。

指針的賦值和使用

我們使用這兩個(gè)符號(hào)來使用指針：星號(hào) * 和 and 符號(hào) &。注意了哈，這里又出現(xiàn)了星號(hào)，而這個(gè)星號(hào)和定義是指針變量的含義不同。

• 星號(hào) *（取值符）：取變量對(duì)應(yīng)的數(shù)值；

• and 符號(hào) &（取地址符）：取變量的地址。

來看下這三行代碼。第一行是定義變量 a，并且 a 的存儲(chǔ)空間上放了個(gè)數(shù)值是 25；第二行是說，定義一個(gè)指針變量，賦的值是 a 的地址（因?yàn)檫@里 a 前有一個(gè)取地址的符號(hào)，表示是取出了地址值）。

說成大白話，就是有一個(gè)快捷方式，取名叫 p，這個(gè) p 它總歸是一個(gè)變量，但怎么和 a 產(chǎn)生關(guān)聯(lián)呢？就讓 p 這個(gè)變量存的東西是 a 的地址，就 OK 了。換句話說，p 這個(gè)變量的存儲(chǔ)空間上，它的數(shù)值并不是 a 的這個(gè)值 25，而是 a 變量的“位置”。

電腦的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是用一系列十六進(jìn)制數(shù)表示的，當(dāng)然它也可以轉(zhuǎn)為整數(shù)，不過因?yàn)橄到y(tǒng)為了和數(shù)字本身作區(qū)分，所以用十六進(jìn)制表達(dá)，這樣看起來不那么像是一個(gè)整數(shù)數(shù)值，來達(dá)到區(qū)分地址數(shù)值和普通數(shù)值的目的。每一個(gè)變量的存儲(chǔ)位置，都是有一個(gè)對(duì)應(yīng)的值的，比如這塊內(nèi)存區(qū)域下的第一號(hào)位、第二號(hào)位等等。只是它用十六進(jìn)制表示了。然后每一個(gè)變量在聲明時(shí)，都會(huì)生成一個(gè)空閑的內(nèi)存區(qū)域，用來操作數(shù)據(jù)。這個(gè)時(shí)候，由于會(huì)產(chǎn)生空閑區(qū)域的關(guān)系，這個(gè)空閑區(qū)域同時(shí)也會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)“編號(hào)”，那么它就是地址了。上面的指針就是取出了地址值，然后 p 變量處存放的不是別的，就是這個(gè)地址的數(shù)值。

第三句話則是輸出 p 變量存的值（a 的地址）和 p 上地址所對(duì)應(yīng)的那個(gè)變量的值（也就是 a 的值），所以會(huì)輸出一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)（具體是多少我也不知道，定義變量的時(shí)候，電腦隨機(jī)分配的內(nèi)存區(qū)域，所以根本不清楚到底是哪里，每一臺(tái)電腦的數(shù)據(jù)有差異）和 25。那個(gè) %x 就是輸出一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)（詳見之前寫的“格式化字符串”）。

這樣說，你可能就明白了指針了。它是一個(gè)快捷方式，是一個(gè)變量的快捷方式，它也是一個(gè)變量，不過變量存的值并不是數(shù)字，而是和它形成對(duì)應(yīng)的變量的地址（可以理解成快捷方式本身其實(shí)也只是使用文件位置（路徑）封裝成文件的程序，它本身是一個(gè)空殼，本身沒有用途，每次雙擊它，都是找到路徑，然后打開對(duì)應(yīng)的程序）。

所以，一定要記清楚使用指針的符號(hào)：取地址符號(hào) &、取值符號(hào) * 和聲明指針變量（還是用 * 符號(hào)）的三大用途。

那么，下面的寫法都是對(duì)的（只要順序執(zhí)行語句的話），用兩次星號(hào)表示是“二重指針”，即指針指向一個(gè)指針變量，指針變量再指向數(shù)值變量的存在。

輸入語句 scanf 用得非常少，在參數(shù)列表里，我們從字符串后開始寫上字符串里所有格式化字符串的對(duì)應(yīng)變量的序列，但需要賦值的是這些變量的所有地址，這是因?yàn)椋?/span>scanf 要求函數(shù)給定一個(gè)地址數(shù)值，來找到變量獲取元素信息，如果只有一個(gè)數(shù)字的話，就無法取得地址和數(shù)值的關(guān)聯(lián)。

雖說這一點(diǎn)也可以被設(shè)計(jì)成只需要傳入數(shù)值，然后直接放上去這樣的模式，但 scanf 函數(shù)在最初的設(shè)計(jì)就用的是指針，所以需要取地址符號(hào)來操作。不過，如果本身變量就已經(jīng)是一個(gè)指針變量了，這樣就不需要加入地址符號(hào)，否則就會(huì)變?yōu)楫嬌咛碜愕男Ч?/span>&a 表示獲取 a 變量的地址，那么 &p 表示獲取 p 指針變量它自己的地址，這是沒有意義的。而針對(duì)于二級(jí)指針的話，我們肯定需要獲取的是它指向的變量 p 存儲(chǔ)的值（a 的地址數(shù)值），來找到 a 的位置，所以需要寫上的是 *q，來取指向的變量 p 的存的內(nèi)容。

這一點(diǎn)有點(diǎn)繞，請(qǐng)你反復(fù)理解這段內(nèi)容。

指針的用途

那么，這樣復(fù)雜和難過的東西有什么用呢？

引用參數(shù)（ref 參數(shù)）

還記得之前說到的函數(shù)的銷毀嗎？

當(dāng)我們交換變量時(shí)，因?yàn)樵谡{(diào)用了變量交換，雖然值確實(shí)被交換了，但函數(shù)會(huì)被銷毀的緣故，最終的變量依然沒有發(fā)生任何變化：

這個(gè)時(shí)候我們使用指針，來改變地址，就改變了數(shù)值。

如果寫作指針，那么函數(shù)此時(shí)傳入的就不是簡(jiǎn)單的數(shù)值了，而是一個(gè)地址數(shù)值。

當(dāng)我們嘗試把 i 和 j 變量傳遞到 swap 里的時(shí)候，它此時(shí)并不是傳遞進(jìn)去了 1 和 5 兩個(gè)數(shù)，而是這兩個(gè)變量自己的地址數(shù)值。

然后進(jìn)入 swap 函數(shù)開始交換。首先我們把 a 這個(gè)指針變量的指向變量數(shù)值取出，因?yàn)?a 傳入進(jìn)來的是 i 變量的地址，所以此時(shí) a 和 &i 可以說是等價(jià)的，所以取出 i 變量地址，然后取出這個(gè)地址上的數(shù)據(jù)，所以就得到了 main 函數(shù)里那個(gè) i 變量的數(shù)值 1 了；然后把這個(gè) 1 賦值到 temp 里。

然后把 b 變量指向的變量數(shù)值取出，然后賦值到 a 變量指向的內(nèi)存區(qū)域上。左值 *a 可能現(xiàn)在還不好理解。你可以認(rèn)為，把取內(nèi)容符號(hào) * 放在等號(hào)左側(cè)的變量上，指代這個(gè)變量指向的那塊內(nèi)存（變量），然后嘗試把右側(cè)的數(shù)值放入到這個(gè)內(nèi)存（變量）里去。

然后最后一步就是把 temp 取出來，放入 b 指向的那塊內(nèi)存。由于過程里 a 和 b 分別指向的是 main 里的 i 和 j，所以 swap 函數(shù)整體執(zhí)行完畢后，銷毀的也是 a 和 b 這兩個(gè)指針變量，即它們的指向是被銷毀了，但指向銷毀肯定是不影響到原本數(shù)據(jù) i 和 j 的，所以交換就起效了。

我們借用這個(gè)示例為大家解釋了如何使用指針傳參的模式來同步在兩個(gè)函數(shù)之間操作的過程，這種操作可以影響到另外一個(gè)函數(shù)里的變量數(shù)值，我們稱此時(shí) swap 里的指針變量（a 和 b）為引用參數(shù)（有時(shí)候也叫 ref 參數(shù)，ref 是 reference 的縮寫），這種參數(shù)跨 swap 和 main 兩個(gè)函數(shù)在使用相同的變量。

引用是高級(jí)編程語言里的一種說法，它指代的是兩個(gè)指針變量同時(shí)指向相同的內(nèi)存區(qū)域，所以可以認(rèn)為兩個(gè)指針調(diào)用同一個(gè)變量的寫法格式除了變量名不同外，其它都一樣，所以稱為引用一致。比如

例如上述寫法里，p 和 q 都指向了 a 變量。

和

使用的是完全一樣的書寫格式（變量 = *指針），而且指向同一塊內(nèi)存區(qū)域（同一個(gè)變量），所以我們認(rèn)為 p 和 q 具有一致的引用。

而在上面 ref 參數(shù)里，我們使用的正是引用不變這一個(gè)點(diǎn)，來從 swap 里修改到 main 里的信息，因?yàn)榇藭r(shí) swap 的參數(shù)（指針變量）的引用是和 main 函數(shù)調(diào)用 swap 函數(shù)時(shí)傳入的參數(shù)是一樣的：&i 和 &j 表示兩個(gè)地址數(shù)值，而在 swap 的參數(shù)里，本應(yīng)該獲取的是兩個(gè)指針變量，但這里傳入的地址數(shù)值可以用來表示一個(gè)指針變量的信息。這就叫引用。

不過，C 語言沒有引用一說，是因?yàn)橐貌⒉皇窍裆厦嬲f得這么簡(jiǎn)單，由于原理的實(shí)現(xiàn)，它更類似于為變量取別名，顯然 p 和 i 不是別名關(guān)系，它們差了一個(gè)地址符號(hào)。你不用理解這么詳細(xì)，你大概知道，引用是啥樣的就可以了。

輸出參數(shù)（out 參數(shù)）

再來考慮一個(gè)問題。我們?nèi)绻尫祷刂捣祷囟鄠€(gè)數(shù)值信息怎么辦？函數(shù)是只可能返回一個(gè)數(shù)值的，這是數(shù)學(xué)規(guī)定的，因?yàn)橐粋€(gè)函數(shù)（不考慮多值函數(shù)這個(gè)廣義理解下）是不允許有多個(gè)返回值的。C 語言沿用了這一點(diǎn)，所以從函數(shù)返回值角度出發(fā)，受到語義制約，C 語言是不允許返回多個(gè)返回值的。

那么，如果我們從參數(shù)返回呢？這是個(gè)好辦法，可是從參數(shù)返回，在函數(shù)銷毀的時(shí)候，變量不就跟著沒有了么？是的，所以我們需要指針來搞定。

考慮如下操作。我們嘗試對(duì)一個(gè)學(xué)生計(jì)算數(shù)學(xué)、英語、C 語言三個(gè)科目的成績(jī)的平均數(shù)值，并要求同時(shí)返回是否平均成績(jī)及格（一個(gè)布爾型 bool 數(shù)值或用一個(gè) int 表示）和三個(gè)科目的平均分。

這個(gè)題目難點(diǎn)在于需要同時(shí)返回是不是及格和平均分兩個(gè)數(shù)據(jù)。我們可以這么書寫代碼：

我們?cè)?IsPassOfAverage 函數(shù)里的唯一一個(gè)指針變量 avg 賦上了平均結(jié)果，然后返回了 avg 是否超過 60 分這個(gè)比較結(jié)果，而由于是一個(gè)指針的方式，在執(zhí)行完整個(gè) IsPassOfAverage 函數(shù)后，avg 會(huì)銷毀，但它是指針變量的關(guān)系，它指向被銷毀，但指向的那個(gè)變量并不會(huì)被銷毀。然后，執(zhí)行完畢前，計(jì)算結(jié)果就已經(jīng)得到了。所以輸出結(jié)果信息都是全部成立的。

這樣我們就模擬出了返回多個(gè)結(jié)果的要求。我們稱這里 avg 變量?jī)H用于輸出用，所以稱為輸出參數(shù)（有時(shí)候也稱為 out 參數(shù)）。但別忘了，在計(jì)算平均數(shù)的時(shí)候要為 avg（賦值語句的左值）添加取內(nèi)容符號(hào)。

還有其它的用法嗎？

實(shí)際上，指針并不只有這些用法，還有很多用法。不過今天作為入門指針的講解，我不打算放在這里說，下一部分內(nèi)容我們將會(huì)詳細(xì)分析和研究指針的運(yùn)算符，以及它和數(shù)組的關(guān)系。

參數(shù)修飾符

在函數(shù)傳遞參數(shù)的過程中，我們可以使用很多修飾符（一部分關(guān)鍵字）來告訴編譯器很多信息，豐富我們的使用。

const 修飾符

最難用的要數(shù)這個(gè)關(guān)鍵字了。這個(gè)關(guān)鍵字放置到參數(shù)上，可以讓每一個(gè)參數(shù)的信息只用來讀取，而執(zhí)行期間不允許修改這個(gè)變量的數(shù)據(jù)。

數(shù)值變量的修飾

考慮如下操作。如果我們嘗試把上面計(jì)算平均成績(jī)的代碼稍加改動(dòng)?？梢钥吹饺齻€(gè)成績(jī)信息是沒有必要去改動(dòng)的，我們?yōu)榱苏Z法約定，可以增加 const 修飾符來保證這些數(shù)值可以通過不被修改的方式完成執(zhí)行邏輯。

這樣我們就無法在代碼里修改這些變量了。

指針變量的修飾

當(dāng)然，這樣的操作也可以修飾指針變量。如果一個(gè)傳入的指針的數(shù)值（即地址）不用修改，可以嘗試為變量修飾 const。

這樣就可以保證，我們傳入的指針變量的地址信息不被修改。

指針變量的全只讀

const 是很靈活的關(guān)鍵字?？梢钥吹?，指針是暗含地址信息和指向變量的信息兩個(gè)內(nèi)容的。如果我們修飾的是變量本身，那么這個(gè)變量本身的內(nèi)容就不可以被修改。針對(duì)于數(shù)值變量而言就是它自己的數(shù)值不能修改，而針對(duì)于指針變量就是它存入的地址不可以被修改（即指向不能變）。但此時(shí)，指向的變量的內(nèi)容是可能變化的。

如果我們甚至想要保證指向的變量的內(nèi)容也不可以改變，那么還需要在指針符號(hào) * 和變量名之間插入 const 關(guān)鍵字來保證。當(dāng)然，這一點(diǎn)不好舉例，這里簡(jiǎn)單考慮如下寫法。

這樣就可以保證指針指向不變，且指向的內(nèi)容也不可以更改，進(jìn)而保證了安全性。

const 的位置

可以看到，這個(gè)修飾符放在很多地方都可以，所以考慮如下四種寫法：

• const int *p

• int const *p

• int *const p

• const int *const p

這四種寫法都是合理和允許的。不過，前面兩種是等價(jià)的，因?yàn)樗鼈兌紱]有放在定義符號(hào)后，所以只能保證指向不變（自身存儲(chǔ)的數(shù)值，即地址信息不變）。而第三種只能保證內(nèi)容不可以被修改，但指向是可以修改的（這一點(diǎn)不好理解，但被允許，請(qǐng)盡量少這么用它）。第四種則是都不可以變。

restrict 修飾符

在前文我哦們提到了引用參數(shù)，這種參數(shù)利用了“引用一致”的說法，來達(dá)到影響原數(shù)據(jù)的效果。

這樣書寫代碼完全沒有錯(cuò)誤，但會(huì)引入一個(gè)非常隱蔽的 bug。如果我們操作了 a，篡改了數(shù)據(jù)后，p 和 q 雖然指向不變，但最終 a 的數(shù)值發(fā)生變化后，p 和 q 指向的變量數(shù)值就肯定是同步變化了。

由于執(zhí)行到 *b = 6 的時(shí)候，它們操作的可能是同一個(gè)內(nèi)存（同一個(gè)指向的變量），所以返回值還真不一定是預(yù)期的 11（可能因?yàn)?a 和 b 指向同一個(gè)變量而導(dǎo)致結(jié)果是 12）。

但，如果我們預(yù)期就可以認(rèn)為和保證，這兩個(gè)變量不應(yīng)是同一個(gè)指向的話，我們就為指針和變量名中間添加 restrict 修飾符，來保證它們肯定不能指向同一個(gè)變量：

而在編譯器層面，在執(zhí)行程序之前，它就可以通過指向不同這一個(gè)隱藏的信息來優(yōu)化代碼。所以執(zhí)行期間就會(huì)發(fā)現(xiàn)，結(jié)果一定就是 11 了，而且是編譯器優(yōu)化后直接得到的結(jié)果，而不會(huì)出現(xiàn)問題。

總之，restrict 關(guān)鍵字修飾在變量名和指針定義符號(hào) * 之間，可以表示這些指針指向的變量一定不同，進(jìn)而可以把一些執(zhí)行語句按照規(guī)范調(diào)整執(zhí)行順序，來達(dá)到減少執(zhí)行步驟，以優(yōu)化的目的。

這個(gè)關(guān)鍵字在 C99 標(biāo)準(zhǔn)后才可以用。

還有其它的嗎？

其實(shí)，還有 static 等等修飾符，但這里不作闡述，因?yàn)樗鼈兌汲V了。

NULL 常量

在 C 語言里甚至為我們規(guī)定了指針的默認(rèn)值。之前學(xué)到的很多數(shù)據(jù)類型都具有自己的默認(rèn)數(shù)值，比如 int 的默認(rèn)數(shù)值是 0，而 bool 類型的默認(rèn)數(shù)值是 false，字符的默認(rèn)數(shù)值是 \0（講解字符和指針一節(jié)的時(shí)候會(huì)說明這一點(diǎn)）。指針也具有默認(rèn)數(shù)值。不過，因?yàn)橹羔樁际且粋€(gè)地址信息，所以不論指針的指向元素類型，它們統(tǒng)一都有一個(gè)默認(rèn)數(shù)值是 NULL。注意，這個(gè)默認(rèn)數(shù)值是全部字母都大寫的，而且它的意義是指向 0 號(hào)內(nèi)存的地址數(shù)值。好比是把數(shù)值進(jìn)行“數(shù)值變指針的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”。

而具體如何使用它，我們將在內(nèi)存分配里才會(huì)講到。