title: 指针与函数传递
date: 2024-09-14 21:33:51
description: 函数传递多个元素
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skaiuijing
理解指针
很多人经常使用指针，看到这个标题可能不屑一顾。但笔者想说，把指针当作理所当然而不去探索它的本质，这是不对的。
先问个问题：指针是地址还是变量？(int *)a +1 增加了多少？
如果说 int a代表一个int大小的a变量，那么 int *a代表什么呢？答案是指向一个int 变量的指针变量a。
既然a有大小，是int，那么int *a有没有大小呢？答案是：肯定有！可能有人会回答一个字的大小，其实多少有点不严谨，指针的大小取决于具体的计算机架构和编译器，例如在常见的MCU-stm32上，一个指针的大小是32位，对应一个字。
所以说，指针的本质也是变量，（int *）a + 1，其实是加了对应一个指针的大小。
为什么指针能够修改内存
笔者定义一个结构体：
#include<stdio.h>
struct store{
int a;
int b;
};
int main()
{
long long address;
struct store *pointself;//此时pointself的值是随机的、无意义的
pointself = &address;
pointself->a = 10;
pointself->b = 5;
printf("address:%d,address-a: %d,address-b: %d\n",pointself,&(pointself->a),&(pointself->b));
printf("store: %lld, a:%d ,b = %d\n",address,(int)address,(int)(*(((int *)&address) + 1 )));
}
程序的运行结果：
address:6422032,address-a: 6422032,address-b: 6422036
store: 21474836490, a:10 ,b = 5
x86-64为大端序，转为二进制就是：10100000000000000000000000000001010
假设架构为x86*64，那么内存布局如下：
| 变量 | a (4 bytes) | b (4 bytes) |
|---|---|---|
| 值 | 1010 | 101 |
| 地址 | 00000000 01100001 11111110 00010000 | 00000000 01100001 11111110 00010100 |
让我们思考一下，poinself->a = 10时，到底发生了什么？
答案是：机器通过pointself这个指针，找到了这个具体地址对应的空间，然后存放了a的值。
反汇编如下：（程序已经被gcc优化得非常好了，可能不足以解释这个过程，但是可以作为参考）
main:
push rbp
mov rbp, rsp
sub rsp, 32
mov QWORD PTR [rbp-8], 0 //把这块区域作为存储address的空间，初始化为0
lea rax, [rbp-8]
mov QWORD PTR [rbp-16], rax //存储address的地址
mov DWORD PTR [rbp-8], 10 //存储a
mov DWORD PTR [rbp-4], 5 //存储b
mov rax, QWORD PTR [rbp-16]
mov rsi, rax
lea rdx, [rbp-8]
lea rcx, [rbp-4]
mov edi, OFFSET FLAT:.LC0
mov eax, 0
call printf
mov rax, QWORD PTR [rbp-16]
mov rax, QWORD PTR [rax]
mov esi, eax
mov rax, QWORD PTR [rbp-16]
mov eax, DWORD PTR [rax+4]
mov edi, OFFSET FLAT:.LC1
mov edx, eax
mov eax, 0
call printf
mov eax, 0
leave
ret
- 内存分配 ：
sub rsp, 32分配了 32 个字节的栈空间，用于存储address和pointself。mov QWORD PTR [rbp-8], 0初始化address为 0。lea rax, [rbp-8]计算address的地址并存储到寄存器rax。mov QWORD PTR [rbp-16], rax将address的地址存储到pointself。
- 赋值操作 ：
mov DWORD PTR [rbp-8], 10将值 10 存储到pointself->a对应的内存位置。mov DWORD PTR [rbp-4], 5将值 5 存储到pointself->b对应的内存位置。
- 打印操作 ：
mov rax, QWORD PTR [rbp-16]将pointself的值加载到寄存器rax。mov rsi, rax将rax的值移动到rsi，作为printf的参数。lea rdx, [rbp-8]计算pointself->a的地址并存储到rdx。lea rcx, [rbp-4]计算pointself->b的地址并存储到rcx。mov edi, OFFSET FLAT:.LC0将格式字符串的地址加载到edi。call printf调用printf函数。mov rax, QWORD PTR [rbp-16]将pointself的值加载到寄存器rax。mov rax, QWORD PTR [rax]将address的值加载到寄存器rax。mov esi, eax将eax的值移动到esi，作为printf的参数。mov rax, QWORD PTR [rbp-16]将pointself的值加载到寄存器rax。mov eax, DWORD PTR [rax+4]将pointself->b的值加载到寄存器eax。mov edi, OFFSET FLAT:.LC1将格式字符串的地址加载到edi。mov edx, eax将eax的值移动到edx，作为printf的参数。call printf调用printf函数。
现在你是否明白为什么我们在使用指针时，常常要malloc？其实就是在给指针变量赋一个有意义的值，不然当我们使用->时，计算机会发现这块空间存储了莫名其妙的东西，或者是这块空间压根不存在。
既然理解了指针，那么该使用它了。
在使用函数时，我们常常使用return传递某些变量，但是，有时候我们希望函数能够传递多个元素，这时有什么好办法呢？
现在，是时候看看指针的伟大之处了。
1.使用指针修改对应地址指向的值
#include <stdio.h>
void getTwoValues(int *x, int *y) {
*x = 10;
*y = 20;
}
int main() {
int a, b;
getTwoValues(&a, &b);
printf("Returned values: a = %d, b = %d\n", a, b);
return 0;
}
2.返回指向数组的指针
#include <stdio.h>
int* getTwoValues() {
static int values[2]; // Static array so it persists after the function returns
values[0] = 5;
values[1] = 15;
return values;
}
int main() {
int *values = getTwoValues();
printf("Returned values: values[0] = %d, values[1] = %d\n", values[0], values[1]);
return 0;
}
3.返回指向结构体的指针
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct TwoValues {
int val1;
int val2;
};
struct TwoValues* getTwoValues() {
struct TwoValues *result = (struct TwoValues *)malloc(sizeof(struct TwoValues));
result->val1 = 50;
result->val2 = 60;
return result;
}
int main() {
struct TwoValues *values = getTwoValues();
printf("Returned values: val1 = %d, val2 = %d\n", values->val1, values->val2);
free(values);
return 0;
}
这里解释一下，定义变量，其实就是开辟一片内存空间。我们一般在函数中定义的变量，都是局部变量，被存储在栈中，而malloc开辟的空间，是在堆中。栈的空间在函数结束后会被回收，而堆不会，必须手动清理，否则它永远存在，并且会造成内存溢出等问题。所以，我们可以使用动态内存分配来存储变量的值。
当然，你要是对地址、空间、内存这些东西感到烦躁，也有别的方法。不一定只能使用指针。
直接使用结构体
#include <stdio.h>
struct TwoValues {
int val1;
int val2;
};
struct TwoValues getTwoValues() {
struct TwoValues result;
result.val1 = 100;
result.val2 = 200;
return result;
}
int main() {
struct TwoValues values = getTwoValues();
printf("Returned values: val1 = %d, val2 = %d\n", values.val1, values.val2);
return 0;
}