C语言基础：（十四）深入理解指针（4）

文章目录

前言

一、字符指针变量

二、数组指针变量

2.1 数组指针是什么？

2.2 数组指针变量怎么初始化？

三、二维数组传参的本质

四、函数指针变量

4.1 函数指针变量的创建

4.2 函数指针变量的使用

4.2.1 两段有趣的代码

4.2.2 typedef关键字

五、函数指针数组

六、转移表

总结

前言

本期博客将为大家继续深入介绍指针，博主将为大家带来关于字符指针变量、数组指针变量、函数指针变量乃至函数指针数组等一系列知识，那么现在让我们开始学习吧！

一、字符指针变量

在指针的类型中我们知道有一种指针类型为字符指针 char*；

下面为字符指针的一般使用方法示例：

int main()
{
char ch = 'w';
char *pc = &ch;
*pc = 'w';
return 0;
}

还有一种使用方式如下所示：

int main()
{
const char* pstr = "hello.";//这⾥是把⼀个字符串放到pstr指针变量⾥了吗？
printf("%s\\n", pstr);
return 0;
}

代码 const char* pstr = "hello."; 特别容易让大家误以为是吧字符串 hello. 放到字符指针pstr里了，但是本质上是把字符串 hello. 的首字符的地址放到了pstr中。如下图所示：

上面代码的意思是其实是把一个常量字符串的首字符 h 的地址存放到了指针变量pstr中。

下面我们来看一道和字符串相关的题目：

#include <stdio.h>

int main()
{
char str1[] = "hello bit.";
char str2[] = "hello bit.";
const char *str3 = "hello bit.";
const char *str4 = "hello bit.";
if(str1 ==str2)
printf("str1 and str2 are same\\n");
else
printf("str1 and str2 are not same\\n");
if(str3 ==str4)
printf("str3 and str4 are same\\n");
else
printf("str3 and str4 are not same\\n");

return 0;
}

输出结果如下：

上面代码输出结果不一致是因为：这里str3和str4指向的是同一个常量字符串。C/C++会把常量字符串存储到单独的一个内存区域，当几个指针指向同一个字符串的时候，他们实际上会指向同一块内存。但是当我们用相同的常量字符串去初始化不同的数组时，就会开辟出不同的内存块。所以str1和str2不同，而str3和str4是相同的。

二、数组指针变量

2.1 数组指针是什么？

之前我们已经学习了指针数组，知道了指针数组也是一种数组，其中存放的是地址（指针）。那么数组指针变量是指针变量还是数组呢？答案是：指针变量。

我们已经知道：

整型指针变量：int* pint; 存放的是整型变量的地址，能够指向整型数据的指针。
浮点型指针变量：float* pf; 存放浮点型变量的地址，能够指向浮点型数据的指针。

那数组指针变量应该是：存放的是数组的地址，能够指向数组的指针变量。

大家来思考一下，下面哪个是数组指针变量？p1和p2分别是什么？

int * p1[10];
int (*p2)[10];

答案是p2是数组指针变量。为什么？

实际上，是p先和*结合，说明p是一个指针变量，然后指针指向的是一个大小为10个整型的数组。所以p是一个指针，指向一个数组，叫做数组指针。

这里我们需要注意：[ ] 的优先级是高于*的，所以必须加上 ( ) 来保证p先和*结合。

2.2 数组指针变量怎么初始化？

数组指针变量是用来存放数组地址的，那么我们怎么获得数组的地址呢？这就需要用到我们之前学习的 &数组名了。如下所示：

int arr[10] = {0};
&arr;//得到的就是数组的地址

如果要存放数组的地址，就得存放在数组指针变量中，如下所示：

int(*p)[10] = &arr;

下面我们来调试一下：

通过调试，我们能够看到&arr和p的类型是完全一致的。

数组指针类型的解析如下：

三、二维数组传参的本质

有了对于数组指针的理解，我们就能讲一下二维数组传参的本质了。

之前我们有一个二维数组需要传参给一个函数的时候，是这样写的：

#include <stdio.h>

void test(int a[3][5], int r, int c)
{
int i = 0;
int j = 0;
for(i=0; i<r; i++)
{
for(j=0; j<c; j++)
{
printf("%d ", a[i][j]);
}
printf("\\n");
}
}

int main()
{
int arr[3][5] = {{1,2,3,4,5}, {2,3,4,5,6},{3,4,5,6,7}};
test(arr, 3, 5);
return 0;
}

在这里实参就是二维数组，形参也写成了二维数组的形式，那么还有其他的写法吗？

首先，我们来再次理解一下二维数组：二维数组其实可以看做是每个元素所示一维数组的数组，也就是二维数组的每个元素都是一个一维数组。那么二维数组的首元素就是第一行，是个一维数组。如下图所示：

所以，根据数组名是数组首元素地址的这个规则，二维数组的数组名表示的是第一行的地址，是一维数组的地址。根据上面的例子我们可以知道，第一行的一维数组的类型是 int[5] ，所以第一行的地址的类型就是数组指针类型 int(*)[5] 。那就意味着二维数组传参本质上也是传递了地址，传递的是第一行这个一维数组的地址，那么形参也是可以写成指针形式的。如下所示：

#include <stdio.h>

void test(int (*p)[5], int r, int c)
{
int i = 0;
int j = 0;
for(i=0; i<r; i++)
{
for(j=0; j<c; j++)
{
printf("%d ", *(*(p+i)+j));
}
printf("\\n");
}
}

int main()
{
int arr[3][5] = {{1,2,3,4,5}, {2,3,4,5,6},{3,4,5,6,7}};
test(arr, 3, 5);
return 0;
}

我们得出结论：二维数组传参，形参的部分可以写成数组，也可以写成指针的形式。

四、函数指针变量

4.1 函数指针变量的创建

什么是函数指针变量呢？

根据前面对于整型指针和数组指针的学习，我们通过类比不难得出结论：

函数指针变量就是用来存放函数地址的变量，未来通过地址能够调用函数。

那么函数是不是有地址呢？我们来做个测试：

#include <stdio.h>

void test()
{
printf("hehe\\n");
}

int main()
{
printf("test: %p\\n", test);
printf("&test: %p\\n", &test);
return 0;
}

输出结果如下：

test: 005913CA
&test: 005913CA

可见上面的代码确实打印出了地址，所以函数是有地址的，函数名也就是函数地址，当然也可以通过 &函数名的方式获得函数的地址。

如果我们想将函数的地址存放起来，就得创建函数指针变量，函数指针变量的写法其实和数组指针非常类似，如下所示：

void test()
{
printf("hehe\\n");
}

void (*pf1)() = &test;
void (*pf2)()= test;

int Add(int x, int y)
{
return x+y;
}

int(*pf3)(int, int) = Add;
int(*pf3)(int x, int y) = &Add;//x和y写上或者省略都是可以的

函数指针类型解析：

int (*) (int x, int y) //pf3函数指针变量的类型

4.2 函数指针变量的使用

通过函数指针调用指针指向的函数，如下所示：

#include <stdio.h>

int Add(int x, int y)
{
return x+y;
}

int main()
{
int(*pf3)(int, int) = Add;

printf("%d\\n", (*pf3)(2, 3));
printf("%d\\n", pf3(3, 5));
return 0;
}

输出结果如下：

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4.2.1 两段有趣的代码

//代码一：
(*(void (*)())0)();

//代码二：
void (*signal(int , void(*)(int)))(int);

让我们分别对它们进行分析：

对于代码一：

这是一个函数调用表达式，它将数字0强制转换为函数指针并调用它。让我们逐步解析：

void (*)() ：这是一个函数指针类型，指向一个没有参数且返回void的函数

(void (*)())0 ：将整数0强制转换为上述函数指针类型

*(void (*)())0 ：解引用这个函数指针，得到函数本身

(*(void (*)())0)() ：调用这个函数

实际效果：这段代码尝试调用内存地址0处的函数（通常对应于NULL指针），这会导致未定义行为，在大多数系统上会导致程序崩溃（即段错误）。

对于代码二：

这是一个函数声明，声明了signal函数及其返回类型。让我们逐步解析：

1.从内到外分析：

void(*)(int) ：这是一个函数指针类型，指向一个接受int参数并返回void的函数
signal(int, void(*)(int)) ： signal函数接受两个参数：一个int和一个上述函数指针

2.返回类型：

void (*)(int) ： signal函数返回一个函数指针，该指针指向一个接受int参数并返回void的函数

我们可以做出简化理解如下：signal是一个函数，它：

接受两个参数：一个整数和一个函数指针（该函数接受int返回void）
返回一个函数指针（该函数接受int返回void）

实际上这是Unix/Linux系统中用于注册信号处理器的函数原型，我们以后在学习Linux时也会提到。例如：

void handler(int sig) { /* 信号处理代码 */ }
// 注册信号处理器
void (*old_handler)(int) = signal(SIGINT, handler);

4.2.2 typedef关键字

typedef关键字是用来类型重命名的，它可以将复杂的类型简单化。

比如，当你觉得 unsigned int 这一类型写起来很不方便，如果能写成 uint 就能方便很多了，那么我们可以这么使用：

typedef unsigned int uint;
//将unsigned int 重命名为uint

如果是指针类型的话能不能重命名呢？当然也是可以的，比如，我们可以将 int* 重命名为 ptr_t，如下所示：

typedef int* ptr_t;

但是typedef对于数组指针和函数指针稍有区别：比如我们有一个数组指针类型 int(*)[5] ，需要重命名为parr_t，那么我们可以这样写：

typedef int(*parr_t)[5]; //新的类型名必须在*的右边

函数指针类型的重命名其实也是一样的，比如我们可以将void(*)(int)类型重命名为pf_t，就可以这样写：

typedef void(*pfun_t)(int);//新的类型名必须在*的右边

那么如果我们要简化代码二，就可以这样写：

typedef void(*pfun_t)(int);
pfun_t signal(int, pfun_t);

五、函数指针数组

数组是一个存放相同类型的存储空间，我们已经学习了指针数组，比如：

int * arr[10];
//数组的每个元素是int*

那么我们如果要把函数的地址存到一个数组当中，那这个数组就叫做函数指针数组。函数指针的数组又应该如何定义呢？

int (*parr1[3])();
int *parr2[3]();
int (*)() parr3[3];

上述的parr1是正确的定义方式。parr1先和[ ] 结合，说明parr1是数组，而其内容就是 int (*)( )类型的指针。

六、转移表

学习了函数指针数组的用法，我们就可以把它用于创建一个转移表。

转移表（Jump Table），也称为跳转表或分派表，是一种在编程中用于高效实现多路分支的技术。它通过使用函数指针数组或索引表来替代传统的switch-case或if-else语句链。下面我们来举一个例子：实现一个简单的计算器。如下所示：

首先是一个switch-case形式的计算器：

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}

int sub(int a, int b)
{
return a – b;
}

int mul(int a, int b)
{
return a * b;
}

int div(int a, int b)
{
return a / b;
}

int main()
{
int x, y;
int input = 1;
int ret = 0;
do
{
printf("*************************\\n");
printf(" 1:add 2:sub \\n");
printf(" 3:mul 4:div \\n");
printf(" 0:exit \\n");
printf("*************************\\n");
printf("请选择：");
scanf("%d", &input);
switch (input)
{
case 1:
printf("输⼊操作数：");
scanf("%d %d", &x, &y);
ret = add(x, y);
printf("ret = %d\\n", ret);
break;
case 2:
printf("输⼊操作数：");
scanf("%d %d", &x, &y);
ret = sub(x, y);
printf("ret = %d\\n", ret);
break;
case 3:
printf("输⼊操作数：");
scanf("%d %d", &x, &y);
ret = mul(x, y);
printf("ret = %d\\n", ret);
break;
case 4:
printf("输⼊操作数：");
scanf("%d %d", &x, &y);
ret = div(x, y);
printf("ret = %d\\n", ret);
break;
case 0:
printf("退出程序\\n");
break;
default:
printf("选择错误\\n");
break;
}
} while (input);
return 0;
}

接下来我们再用更为简单的函数指针数组来实现：

#include <stdio.h>

int add(int a, int b)
{
return a + b;
}

int sub(int a, int b)
{
return a – b;
}

int mul(int a, int b)
{
return a*b;
}

int div(int a, int b)
{
return a / b;
}

int main()
{
int x, y;
int input = 1;
int ret = 0;
int(*p[5])(int x, int y) = { 0, add, sub, mul, div }; //转移表
do
{
printf("*************************\\n");
printf(" 1:add 2:sub \\n");
printf(" 3:mul 4:div \\n");
printf(" 0:exit \\n");
printf("*************************\\n");
printf( "请选择：" );
scanf("%d", &input);
if ((input <= 4 && input >= 1))
{
printf( "输⼊操作数：" );
scanf( "%d %d", &x, &y);
ret = (*p[input])(x, y);
printf( "ret = %d\\n", ret);
}
else if(input == 0)
{
printf("退出计算器\\n");
}
else
{
printf( "输⼊有误\\n" );
}
}while (input);
return 0;
}

由此可见，善于使用函数指针数组，可以为我们在不同情况下调用函数提供极大的便利。

总结

以上就是本期要讲的内容啦，下期将是C语言指针部分的最后一期博客，请大家多多关注哦！

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一、字符指针变量