title: 巧用二级指针
date: 2024-09-14 20:52:50
description: two level pointer
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- c language
skaiuijing
我们在学习指针时，经常有人会告诉我们指针是能直接修改内存的地址变量。
但是，真正理解指针作为变量的本质，才能真正理解指针。
int a,代表在内存中开辟一片空间，空间存放a的值。int *a，代表在内存中开辟一片空间，空间存放a的值，只不过此时a的值是一个地址，可以通过这个值找到另一块内存空间。
当我们进行 int *a = malloc(sizeof(xxx))的操作时，实际上就是改变这片空间存储的值。此时a就是一个有意义的值，它代表一个存在且可以被存放的内存空间的地址。
而二级指针，代表指向指针的指针。
以下是示例：(开发环境的编译器为32位，所以指针为4个字节)
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
int main()
{
int a =1;
int *pa = &a;
int **ppa = &(pa);
int ***pppa = &(ppa);
//printf("pppa-value:%d",(int)(&(&(&a)))); //请思考这样做是否可行？
printf("pa-value:%d\n",(int)&a);
printf("ppa-value:%d\n",(int)(&(pa)));
printf("pppa-value:%d\n",(int)(&(ppa)));
}
为了直观理解，多级指针的内存布局如下（模型更接近汇编）：
| 变量 | 存储的值 | 地址 |
|---|---|---|
| int ***pppa | 6422016 | *** |
| int **ppa | 6422024 | 6422016 |
| int *pa | 6422036 | 6422024 |
| int a | 1 | 6422036 |
其实int a和int*a没有本质区别，它们只不过都是变量而已
这么一看，(int)(&(&(&a)))这个操作肯定是不行的，认为这样是可行的朋友，一定是把多级指针当成了这样：
地址 地址 地址 a的值
参考上文的模型，这是不合理的。
真实的情况是这样的：
存放 存放 存放 存放 a的地址 a的值 pa的地址 a的地址 ppa的地址 pa的地址 pppa的地址 ppa的地址
所以说，(int)(&(&(&a)))中，只有&a是成立的，&(&a)完全是错误且荒谬的。
现在我们该面对多级指针了。
经常有人看见多级指针就害怕，其实多级指针并不神奇。
如果我们寻求ai或者搜索引擎，渴望得到多级指针的精髓，以二级指针为例，我们得到的答案往往是这样的：
- 动态内存分配 ：二级指针可以用于动态分配二维数组或更高维数组的内存。例如，分配一个
m x n的二维数组，可以使用二级指针来管理内存。 - 传递指针并修改其值：通过使用二级指针，可以在函数中修改指针的值。例如，函数可以分配内存并将其地址返回给调用者。
- 实现复杂数据结构：二级指针在实现链表、树和图等复杂数据结构时非常有用。例如，链表中的每个节点可以包含一个指向下一个节点的指针，而这些指针本身可以通过二级指针进行操作。
- 多级间接引用：在某些情况下，程序需要多级间接引用数据。二级指针允许通过多级指针访问和操作数据。
- 节省内存：虽然二级指针本身并不会直接节省内存，但它们可以帮助更有效地管理和分配内存。例如，通过动态分配内存，可以避免分配不必要的内存块，从而提高内存使用效率。
二级指针最常见的用法就是修改一级指针。
示例：
#include<stdio.h>
void sparrowfly()
{
printf("sparrowfly!\n");
}
void eaglefly()
{
printf("eaglefly!\n");
}
typedef void (*impletation)();
struct bird *table[] = {
eaglefly,
sparrowfly
};
void change(struct function **x,int id)
{
*x = table[id];
}
int main()
{
impletation impll;
struct function **twopinter = &impll;
change(twopinter, 1);
impll();
return 0;
}
使用二级指针，这样就是传址调用，而不是传值调用了。
笔者也可以自己实验一下：
void change(struct function *x,int id)
{
x = table[id];
}
int main()
{
impletation impll;
struct function **twopinter = &impll;
impll = eaglefly;
change(impll, 1);
impll();
return 0;
}
传址调用对于多级指针也是成立的，毕竟笔者前面已经说过，指针的本质是变量。
多级指针还有一个好处：增加程序可扩展性和解耦合。
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
typedef void (*fly)(struct bird **self);
struct bird{
fly common;
};
struct sparrow{
struct bird *interface;
char name;
};
struct eagle{
struct bird *interface;
char name;
};
void sparrowfly()
{
printf("sparrowfly!\n");
}
void eaglefly()
{
printf("eaglefly!\n");
}
struct bird **fly_table[] = {
(struct bird **)&(struct sparrow) {
.interface = &(struct bird) {.common = sparrowfly},
.name = 's'
},
(struct bird **)&(struct eagle){
.interface = &(struct bird){.common = eaglefly},
.name = 'e'
}
};
void polymorphism(int opt)
{
struct bird **p = fly_table[opt];
(*p)->common(p);
}
int main()
{
polymorphism(0);
return 0;
}
这一段程序虽然self指针也可以被一级指针代替，但是当我们在main函数中修改一些局部指针变量时，二级指针的扩展性就体现出来了：
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
typedef void (*fly)(struct bird **self);
struct bird{
fly common;
};
struct sparrow{
struct bird *interface;
char name;
};
struct eagle{
struct bird *interface;
char name;
};
void sparrowfly()
{
printf("sparrowfly!\n");
}
void eaglefly()
{
printf("eaglefly!\n");
}
struct bird **fly_table[] = {
(struct bird **)&(struct sparrow) {
.interface = &(struct bird) {.common = sparrowfly},
.name = 's'
},
(struct bird **)&(struct eagle){
.interface = &(struct bird){.common = eaglefly},
.name = 'e'
}
};
void implement(struct bird **p)
{
(*p)->common(p);
}
void polymorphism(int opt)
{
struct bird **p = fly_table[opt];
(*p)->common(p);
}
struct bird *table[] = {
eaglefly,
sparrowfly
};
void change(struct bird **self,int id)
{
(*self)->common = table[id] ;
}
int main()
{
struct sparrow sparrow1;
struct bird bird1;
sparrow1.interface = &bird1;
struct bird **Ainterface ;
Ainterface = malloc(sizeof(int));
*Ainterface = sparrow1.interface;
change(Ainterface,0);
implement(Ainterface);
polymorphism(0);
return 0;
}
当然，指针也并不是越多级就越好，我们也看到了，指针的本质仍然是变量，只是对存储的值有一定要求而已。过多级数的指针并不会带来更好的程序优化，相反，可能使程序性能、可读性、可维护性变差。