指標 (Pointer)

1CSIM, PU C Language

指標 (Pointer)

Introduction to the C Programming Language


指標指標 (Pointer)(Pointer)

指標概述指標的宣告與定義指標與函數指標與陣列指向指標的指標—雙重指標


為什麼要用指標 ?

可使函數在傳遞陣列或字串時更有效率。較複雜的資料結構須要指標才能將資料串在一起。

Ex. Linked list, binary tree.

有些函數必須利用指標來傳達記憶體的訊息。 malloc( ): 記憶體配置函數 fopen( ): 檔案開啟函數


指標概述 C 語言提供一種存取變數的特殊方式 -- 指標 (pointer), 透

過指標 , 可以不必用到變數的名稱 , 卻可以存取到變數的內容 .

指標其實只是一種特殊的變數 , 用來存放變數在記憶體中的位址 .

利用指標變數 , 可以把變數在記憶體內的位址存入指標中, 可利用指標先找到該變數的位址 , 再由該位址取出位址內所儲存的變數值 . 這種依位址來取值的特殊方式 , 稱之為“間接定址取值法”

5

FDD4

變數內容

a

ptr

FDD2

FDD4

FDD6

FDD8

一般變數

指標變數( 圖一 : 指標與變數在記憶體中的情形 )

指標 ptr 存放了變數 a 的位址，也就是指標 ptr 指向變數 a 。


指標的宣告與定義指標的宣告與定義指標變數宣告格式

(1) 在變數的前面加上指標符號「 * 」，即是將變數宣告成指標變數。 (2) 指標變數之前的資料型態，則是代表指標所指向之變數的型態。

例一 :

int *ptr ; /* 宣告指向整數的指標變數 ptr ，它所存放的

位址必須是一個整數變數的位址。 */

資料型態 * 指標變數 ;


法 1---

int *ptr ; /* 宣告指向整數的指標變數 ptr */

int num=20 ; /* 宣告整數變數 num ，並設值為 20 */

ptr = &num ; /* 把指標 ptr 設為變數 num 的位址 , 把 ptr 指向 num */

法 2---

int num=20;

int *ptr = &num;

指標的宣告與定義指標的宣告與定義

20

1408 1400

變數 num指標變數 ptr

指標變數 ptr 的位址變數 num 的位址

1400

ptr 指向整數變數 num


指標變數的使用指標變數使用方式

1.位址運算子「 & 」 : 用來取得變數的記憶體位址

2.位址取值運算子「 * 」 : 用來取得指標所指向變數的內容

20

1400

變數 num

變數 num 的位址

int num=20 ;

&num 可取出變數 num的位址，即 1400

20

1408 1400

變數 num指標變數 ptr

指標變數 ptr 的位址變數 num 的位址

1400 *ptr 可取出 ptr 所指向之變數 num 的值 (num 的值為 20)

int num=20;

int *ptr=&num;


指標變數的宣告範例一：指標變數的宣告#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

int main(void)

{

int *ptr,num=20; /* 宣告變數 num 與指標變數 ptr */

ptr=&num; /* 將 num 位址設給指標 ptr 存放 */

printf(“num=%d, &num=%x\n”,num,&num);

printf(“*ptr=%d,ptr=%x,&ptr=%x\n”,*ptr,ptr,&ptr);

system(“pause”);

return 0;

}

Output:num=20,&num=ffd6*ptr=20,ptr=ffd6,&ptr=ffd4


指標的宣告與定義指標的宣告與定義範例二 : 比較輸出指標的位址與值#include<stdio.h>

void main()

{

int *ptr;

int a,b;

a=20;

ptr=&a; /* 將 ptr 指向變數 a 的位址 */

b=*ptr; /* 將 b 設定為 ptr 所指位址的內容值 */

printf(“a=%d,*ptr=%d , b=%d\n", a,*ptr , b );

printf(“ptr=%x , &a=%x\n", ptr , &a );

}

Output:

a=20, *ptr=20, b=20

ptr=ffd6 ,&a=ffd6


指標所佔的空間大小 #include<stdio.h> #include<stdlib.h> int main(void) { int *ptri; /* 宣告指向整數的變數 ptri*/ char *ptrc; /* 宣告指向字元的變數 ptrc*/ printf("size of ptri = %d\n",sizeof(ptri)); printf("size of ptrc = %d\n",sizeof(ptrc)); printf("size of *ptri = %d\n",sizeof(*ptri)); printf("size of *ptrc = %d\n",sizeof(*ptrc)); system("pause"); return 0; }


指標所佔的空間大小 ( 續 )

在 TC 中， compile 配置給指標變數的空間都是 2bytes 。 Output:


課堂練習 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { int a=5,b=10; int *ptr1,*ptr2; ptr1=&a; /* 將 ptr1 設為 a 的位址 */ ptr2=&b; /* 將 ptr2 設為 b 的位址 */ *ptr1=7; /* 將 ptr1 指向的內容設為 7 */ *ptr2=32; /* 將 ptr2 指向的內容設為 32 */ a=17; /* 設定 a 為 17 */ ptr1=ptr2; /* 設定 ptr1=ptr2 */ *ptr1=9; /* 將 ptr1 指向的內容設為 9 */ ptr1=&a; /* 將 ptr1 設為 a 的位址 */ a=64; /* 設定 a 為 64 */ *ptr2=*ptr1+5; /* 將 ptr2 指向的內容設為 *ptr1+5*/ ptr2=&a; /* 將 ptr2 設為 a 的位址 */ printf("a=%2d, b=%2d, *ptr1=%2d, *ptr2=%2d\n",a,b,*ptr1,*ptr2); printf("ptr1=%p, ptr2=%p\n",ptr1,ptr2); system("pause"); return 0; }


課堂練習 Output:

請試著寫出以下四個變數記憶體空間之值的變化 : ptr1 ptr2 a b

FFDE

FFDE FFDG

FFDG 5 10

FBDEFADA

FFDG

FFDE

FFDE 7

17

64

32

9

69


指標與函數在函數中 , 若是想傳回某個結果給原呼叫函數 , 可利用 return 敘述 ,

但當程式需要傳遞兩個以上的值時 , 就無法利用 return 敘述 , 此時可利用“指標”解決函數間傳遞多個回傳值的問題 .

宣告函數原型範例 :

int func ( int * , char * ) ; /* 將指標當成參數 , 傳入函數 */

函數定義中接收參數部分 , 假設接收的變數名稱為 ptr1 及 ptr2, 記得在變數名稱前要加指標符號 *

int func ( int * ptr1 , char * ptr2 ) ;


指標與函數之範例 1 範例六 :設計一個傳值函式 noswap(), 及一個傳址函式 swap()#include<stdio.h>void noswap(int, int);void swap(int *, int *);main(){ int x=2,y=3;printf("The original values are: x=%d , y=%d \n" , x , y );

noswap(x,y); printf(“(call by value: x=%d , y=%d \n", x , y );

swap(&x,&y); printf(“(call by address: x=%d , y=%d \n", x , y );}

傳入 pointer 值 ( 變數位址即為 pointer 的值 )


指標與函數之範例 1 接上頁 ( 範例六 )

void noswap ( int a , int b ) /* call by value */ { int t; t=a; a=b; b=t;}void swap ( int *a , int *b) /* call by address* / { int t; t=*a; *a=*b; *b=t;}


指標與函數之範例 2 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void rect(int,int,int *,int *); /* 函數 rect() 的原型 */ int main(void) { int a=5,b=8; /* 矩形的長與寬 */ int area=0,peri=0; /* 矩形的面積與邊長 */ rect(a, b, &area, &peri); /* 呼叫 rect(), 計算面積及周長 */ printf("area=%d,total length=%d\n",area,peri); system("pause"); return 0; } void rect(int x, int y, int *p1, int *p2) { *p1=x*y; *p2=2*(x+y); }


範例 2之說明當函數 rect(x, y, area, length) 執行完後，變數 area 可存

放矩形面積，而變數 peri 可存放矩形的周長。指標的好處之一在於它可以更改傳入的引數值，利用此

特性，我們便可以設計出很實用的程式。


指標與陣列陣列事實上也是指標的一種應用 , 不同的是 , 陣列是固定長

度的記憶體區塊 ; 而指標是一個變數 , 用來記錄所指變數的位址 .

利用 index 即可取出陣列的元素值 , 除了用 index 外 , 也可另外利用指標取出陣列的元素值 .

char a[10]; /* 宣告陣列 */ char *pa; /* 宣告指標 */ pa=&a[0]; 或 pa=a; /* 指標指向陣列的開頭 (第 0個元素 )*

/ 以此為基點用索引的方式來取得陣列的每個元素 *(pa) 取到的是陣列的第 0個元素 a[0] *(pa+1) 取到的是陣列的第 1個元素 a[1] /*pa+1 是將位

址值加 2(int 佔 2個 bytes)*/ *(pa+i) 取到的是陣列的第 i個元素 a[i]


指標指標 -- 指標與一維陣列指標與一維陣列

表示宣告 ptr 是一個指標變數， ptr本身存的是一個變數的位址。 ptr=a 的效果就是將 ptr 指向 a[0] 的位址。

printf(“%d”,*ptr);

for(i=1;i<5;i++)

printf(“%d”,*ptr++); /* 不能寫成 *a++ */

int *ptr;int a[5]={3,8,6,2,5};ptr=a; /* 或 ptr=&a[0]; */

*ptr 取出陣列裡的值

for(i=0;i<5;i++)

printf(“%d”,a[i]);

陣列名稱本身是一個存放位址的「指標常數」，指向陣列的位址。

因為陣列宣告後，陣列的記憶體位址配置已被固定，所以我們不能再去改變陣列名稱的指向！


3

8

6

2

5

a[1]

a[2]

a[3]

a[4]

a[0]

fdd10

a

fdd4

fdd8

fdd6

fdd2

ptrptr+0

ptr+1

ptr+2

ptr+3

ptr+4

&a[0]

&a[1]

&a[2]

&a[3]

&a[4]

*(ptr+0)

*(ptr+1)

*(ptr+2)

*(ptr+3)

*(ptr+4)

int a[5]={3,8,6,2,5};

int *ptr;

ptr=&a[0];


課堂練習範例 4-2: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { int a[3]={5,1,9}; printf(“a[0]=%d, *(a+0)=%d\n”,a[0],*(a+0)); printf(“a[1]=%d, *(a+1)=%d\n”,a[1],*(a+1)); printf(“a[2]=%d, *(a+2)=%d\n”,a[2],*(a+2)); system(“pause”); return 0; }


範例 4-2 請說明以下變數的內容

9

1

5

1408

1406

1404

*(a+2) a[2]

*(a+1) a[1]

*(a+0) a[0]

&a[2]

&a[1]

&a[0]


指標與陣列範例四 : 用指標取出陣列元素的值與位址

#include<stdio.h>main(){ int i; char *pa; char a[4]={'A','B','C','D'}; pa=a;

for(i=0;i<4;i++) printf("a[%d] value:%c ; *(pa+%d) value:%c\n",i,a[i],i,*(pa+i));

for(i=0;i<4;i++) printf("&a[%d] address:%x ; *(pa+%d) address:%x\n",i,&a[i],i,pa+i);}

Pointer指向陣列的開頭


範例四的結果

指標的算術運算多半用在存取陣列元素的操作上。因為 compile會配置給陣列一塊連續的記憶體空間，所以陣列元

素的位址之間有很高的關聯性。


指標指標 -- 指標與二維陣列指標與二維陣列二維陣列在人們眼中通常用於處理二維的行列表格，但電腦內部的記憶體，是

以一維陣列的方式排列，所以雖然是二維的陣列，但在電腦的記憶體中已轉為一維的方式儲存。

以指標來處理二維陣列，第一步驟設定第一元素的位址給指標變數： int *ptr;

int a[4][3];

ptr=&a[0][0];

第二步驟以 ptr 來表示二維陣列的值，必須先將二維排列轉為一為陣列的直線排列：

a(0,0)

0

a(0,1)

1

a(0,2)

2

a(1,0)

3

a(1,1)

4

a(1,2)

5

a(2,0)

6

a(2,1)

7

a(2,2)

8

a(3,0)

9

a(3,1)

10

a(3,2)

11

第 0列第 1列第 2列第 3列

第 0行

第 1行

第 2行 *(ptr+3*0+2)=5

表示將 a[0][2] 的值設為 5

第 i 列，第 j 行的表示方式 *(ptr+3*i+j)

3 為此陣列行的個數

ptr


若要存取第 i 列第 j 行的值： *(*(a+i)+j)=5; a[i][j]=5; *(ptr + 3 *i + j)=5; /*a[i][j]=5;*/

a(0,0)

0

a(0,1)

1

a(0,2)

2

a(1,0)

3

a(1,1)

4

a(1,2)

5

a(2,0)

6

a(2,1)

7

a(2,2)

8

a(3,0)

9

a(3,1)

10

a(3,2)

11

i

j


311016

131018

191020

281022

121000

231002

421004

181006

431008

221010

161012

141014

num[0]

1000

num[1]

num[2]

1008

1016

num 1000

陣列名稱 num 是指標常數，是一個指向指標的指標

num[0]~num[2] 也是指標常數，分別儲存了每一個一維陣列裡，第一個元素的位址

3*4 的二維陣列可以看成是由 3 個一維陣列所組成

int num[3][4];

在宣告 num陣列時，編譯器會自動配置一個「指標常數」的陣列 num[0]、 num[1]、 num[2]讓他們分別指向每一列的第一個元素。

第 0 列

第 1 列

第 2 列

1000

1008

1016

1000


續上頁

311016

131018

191020

281022

121000

231002

421004

181006

431008

221010

161012

141014

num[0]

1000

num[1]

num[2]

1008

1016

num+01000

1008

1016

num+1

num+2

*(num+0) 可取出此值



續上頁

431008

221010

161012

141014

num[1] 10081008


num+1

*(num+1)+0

*(num+1)+1

*(num+1)+2

*(num+1)+3

*(*(num+1)+0)

*(*(num+1)+1)

*(*(num+1)+2)

*(*(num+1)+3)

第 1 列

*(num+i)+j 代表了第 i 列，第 j 行的位址*(*(num+i)+j) 代表了取出第 i 列，第 j 行的值

這裡列跟行的算法是從第 0 列第 0 行起算


指標與陣列 --- 指標陣列指標也可以宣告成陣列：指標陣列。宣告方式如下 :

資料型態 * 陣列名稱 [ 元素個數 ];

例如 : int *ptr[3]; /* 表示宣告了一個可存放 3 個指向整數的指標 , 分別是 pt

r[0] 、 ptr[1]、 ptr[2]*/ 二維陣列 :

char str[3][10]={“Clare”, ”Jane Wang”, ”Tom Lee”};

指標陣列 : char *ptr[3]={“Clare”, ”Jane Wang”, ”Tom Lee”};


指標陣列指標陣列如何建立一個儲存字串的陣列 ? 除了用二維的字元陣列處理 , 另外可用“

指標陣列”來解決 , 用指標陣列來處理 ,會較節省記憶體空間 .

C l a r e \0

FDB2

FDB4

FBD6

C l a r e \0

J a n e W a n g \0

T o m L e e \0

Name[0]

Name[1]

Name[2]

( 圖三 : 儲存字串的二維字元陣列儲存方式 )

Name[0]

Name[1]

Name[2]

FDB2

FDB4

FBD6

( 圖四 : 指標陣列儲存方式 )

J a n e W a n g \0

T o m L e e \0

char Name[3][10]={“Clare”,”Jane Wang”,”Tom Lee”};

char *Name[3]={“Clare","Jane Wang","Tom Lee"};


指標陣列範例五 : 指標陣列

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int i;

char *name[3]={"David","Jane Wang","Tom Lee"};

for(i=0;i<3;i++) /* 印出指標陣列的內容 */

printf("name[%d]=%s\n",i,name[i]);

/*puts(name[i];)*/

return 0;

}


指標陣列範例五 : 指標陣列另一種寫法 #include <stdio.h> int main(void) { int i; char *ptr[3]; ptr[0]="David"; /* 設定 ptr[0] 指向字串” David” */ ptr[1]="Jane Wang"; /* 設定 ptr[1] 指向字串” Jane Wang” */ ptr[2]="Tom Lee"; for(i=0;i<3;i++) /* 印出指標陣列的內容 */ /*printf("ptr[%d]=%s\n",i,ptr[i]);*/ puts(ptr[i]); return 0; }


指向指標的指標—雙重指標雙重指標宣告方式

例 :

int **ptri; /* 宣告一個指向整數的雙重指標 ptri */

資料型態 ** 指標變數;

雙重指標

位址

位址整數值

指向整數的指標變數

1200 1460 5

雙重指標指標變數一般變數

1000 1200 1460


指向指標的指標—雙重指標範例三 : 雙重指標 , 輸出其內容及位址

#include<stdio.h>void main(){ int *ptr1,**ptr2; int a=10;

ptr1=&a; /* 指標 ptr1 指向 a 的位址 */ ptr2=&ptr1; /* 雙重指標 ptr2 指向 ptr1 的位址 */

printf("a=%d , &a=%x\n", a , &a ); printf("*ptr1=%d , ptr1=%x\n", *ptr1 , ptr1 ); printf("**ptr2=%d , *ptr2=%x\n", **ptr2 , *ptr2); printf("ptr2=%x, &ptr1=%x\n", ptr2 , &ptr1);}

a

ffd4 ffd6 10

ptr2 ptr1

ffd2 ffd4 ffd6

Output:

a=10, &a=ffd6

*ptr1=10, ptr1=ffd6

**ptr2=10 ,*ptr2=ffd6

ptr2=ffd4 , &ptr1=ffd4

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