指数指针的相关知识

周立功教授数年之心血之作《程序设计与数据结构》，书本内容公开后，在电子行业掀起一片学习热潮。经周立功教授授权，本公众号特对本书内容进行连载，愿共勉之。

 

第一章为程序设计基础，本文为1.8.3 指针数组。

 

>>>> 1. 字符串与指针数组

 

如果有以下定义：

int data0 = 1, data1 = 2, data2 = 3; 

int *ptr0 = &data0, *ptr1 = &data1, *ptr2 = &data2;

 

实际上地址也是数据，那么数组也可以保存指针，因此可以在基本数据类型的基础上派生一个构造类型，即将相同类型的指针变量集合在一起有序地排列构成指针数组。在指针数组变量的每一个元素中存放一个地址，并用下标区分它们。虽然数组与指针数组存储的都是数据，但还是有细微的差别。数组存储的是相同类型的字符或数值，而指针数组存储的是相同类型的指针。比如：

int  data0, data1, data2; 

int *ptr[3] = {&data0, &data1, &data2}; 

 

该声明被解释为ptr是指向int的指针的数组（元素个数3），“int *[3]”类型名被解释为指向int的指针的数组（元素个数3）类型。即ptr指针数组是数组元素为3个指针的数组，其本质是数组，类型为int *[3]，ptr[0]指向&data0，ptr[1]指向&data1，ptr[2]指向&data2。

 

由于ptr声明为指针数组，因此ptr[0]返回的是一个地址。当用*ptr[i]解引用指针（i=0~2）时，则得到这个地址的内容，即*ptr[0]==1，*ptr[1]==2，*ptr[2]==3。当然，也可以使用等价的指针表示法，ptr+i表示数组第i个元素的地址。如果要修改这个地址中的内容，可以使用*(ptr+i)。如果对**(ptr+i)解引用两次，则返回所分配的内存的位置，即可对其赋值。比如，ptr[1]位于地址&ptr[1]，表达式ptr+1返回&ptr[1]，用*(ptr+1)则得到指针&data1，再用**(ptr+i)解引用得到&data1的内容“1”。由此可见，使用指针的指针表示法，让我们知道正在处理的是指针数组。

 

显然，只要初始化一个指针数组变量保存各个字符串的首地址，即可引用多个字符串：

char * keyWord[5] = {"eagle", "cat", "and", "dog", "ball"}; 

 

其中，keyWord[0]的类型是char*，&keyWord[0]的类型是char **。虽然这些字符串看起来好像存储在keyWord指针数组变量中，但指针数组变量中实际上只存储了指针，每一个指针都指向其对应字符串的第一个字符。也就是说，第i个字符串的所有字符存储在存储器中的某个位置，指向它的指针存储在keyWord [i]中，即keyWord [0]指向“"eagle"”、keyWord [1]指向“"cat"”，keyWord[2]指向 "ant"，keyWord[3]指向 "dog"，keyWord[4]指向 "ball"。

 

尽管keyWord的大小是固定的，但它访问的字符串可以是任意长度，这种灵活性是C语言强大的数据构造能力的一个有力的证明。由于指针数组是元素为指针变量的数组，因此一个字符指针数组可以用于处理多个字符串。显然，将字符串制成一个表存放于指针数组的话，比使用switch语句效果更好。由此可见，数据的随机存储会以两种形式保存：存址和存值，存址方式详见图 1.14。一个数组包含了指向实际信息的指针，而不是直接将信息存储在数组元素的存储空间里。使用这种方式，可以灵活地存储和排序任何复杂结构的数据。

 

图 1.14 存址方式

 

相反地，基于值的存储将n个元素的数据集合打包存储在固定大小的记录块中，这个固定大小为s，存值方式详见图 1.15，每个字符串占用大小为6字节的连续存储块。

 

图 1.15 存值方式

 

为了便于说明多个字符串的引用，将设计一个数据交换函数。由于任何数据类型的指针都可以给void*指针赋值，因此可以利用这一特性，将void*指针作为byte_swap()函数的形参，即可接受任何类型数据。

 

由于C中最小长度的变量为char类型（包括unsigned char、signed char等），其sizeof(char)的结果为1，而其它任何变量的长度都是它的整数倍。比如，在32位系统中，sizeof(int)为4。由于C语言的变量类型多种多样，因此不可能为每一种变量类型编号，而且swap也并不关心变量的真正类型，所以可以用变量的长度代替变量类型。byte_swap函数原型为：

void byte_swap(void *pData1, void *pData2, size_t stSize); 

 

其中，size_t是C语言标准库中预定义的类型，专门用于保存变量的大小。stSize为变量的长度，pData1、pData2分别为是要比较的第1、2个参数。当返回值< 0时，表示pData1 < pData2；当返回值= 0时，表示pData1 = pData2；当返回值> 0时，表示pData1 > pDta2。

 

在这里，任何类型的指针都可以传入byte_swap()中，真实地体现了内存操作函数的意义，无论这块内存是什么数据类型，它操作的对象仅仅是一块内存。无论用户传进来的是什么类型，从C99版本后，将void *类型指针赋值给其它类型指针时，不再需要强制类型转换。即循环一次交换一个字节，那么对于int类型数据来说，仅需循环4次就可以了。其前提是两个变量的类型必须相同，比如，交换a、b两个变量的值，其使用方法如下：

byte_swap(&a, &b, sizeof(a)); 

 

byte_swap()数据交换函数的接口与实现详见程序清单 1.42和程序清单 1.43。

 

程序清单 1.42 swap数据交换函数接口（swap.h）

1     #pragma once

2     void byte_swap(void *pData1, void *pData2, size_t stSize);

 

程序清单 1.43 swap数据交换函数接口的实现（swap.c）

1     void byte_swap(void *pData1, void *pData2, size_t stSize) 

2     {

3            unsigned char *pcData1 = pData1;

4            unsigned char *pcData2 = pData2;

5            unsigned char ucTemp;

6

7            while (stSize--){

8                   ucTemp = *pcData1;  *pcData1 = *pcData2;  *pcData2 = ucTemp;

9                   pcData1++;  pcData2++;

10          }

11   }

 

针对特定的字符串，指针数组的应用示例详见程序清单 1.44。

 

程序清单 1.44  比较字符串大小然后输出范例程序

1     #include

2    #include

3     #include "swap.h" 

4

5     const char * keyWord[5] = {"eagle", "cat", "and", "dog", "ball"};

6     void show_str (void)                                                 // 打印keyWord数据 

7     {

8            for (int i = 0; i < sizeof(keyWord) / sizeof(keyWord[0]); i ++){

9                   printf("%s", keyWord[i]); 

10          }

11          printf("\n");

12   } 

13

14   int main(int argc, char *argv[])

15   {

16          show_str(); 

17

18          if(strcmp(keyWord[0], keyWord[1]) < 0)

19                 byte_swap(keyWord, keyWord +1, sizeof(keyWord[0]));

20          show_str(); 

21          return 0; 

22   }