《C语言》深入理解指针（3）

1 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*；

一般使用：

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

还有一种使用方式如下：

#include<stdio.h>

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

代码char* p = "abcdef"; 其实不是把字符串 abcdef\0 存放在 p 中，而是把第一个字符的地址存放在 p中。

上面代码的意思是把一个常量字符串的首字符 a 的地址存放到指针变量 p中。

总结：

• 可以把字符串想象为以恶字符数组，但是这个数组是不能修改的
• 当常量字符串出现在表达式中的时候，它的值是第一个字符的地址

#include<stdio.h>

int main()
{
    const char* p = "abcdef";
    printf("%c\n", *p);
    
    printf("%c\n", "abcdef"[3]);
    printf("%c\n", p[3]);
    //p[3] = 'p';    //err
    
    return 0;
}

输出结果：

《剑指offer》中收录了一道和字符串相关的笔试题，我们来学习一下：

#include<stdio.h>

int main()
{
    char str1[] = "hello PIKU.";
    char str2[] = "hello PIKU.";
    const char* str3 = "hello PIKU.";
    const char* str4 = "hello PIKU.";

    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("str1 and str2 are not same\n");
   
    return 0;
}

输出结果：

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，他们实际会指向同一块内存。但是用相同的常量字符串去初始化不同的数组的时候就会开辟出不同的内存块。所以str1和str2不同，str3和str4相同。

2 数组指针变量

2.1 数组指针变量是什么？

之前我们学习了指针数组，指针数组是一种数组，数组中存放的是地址（指针）。

数组指针变量是指针变量还是数组？答案是：指针变量。

我们已经熟悉：

• 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：存放的应该是数组的地址，能够指向数组的指针变量。

int* p1[10];
//p1是数组，数组有10个元素，每个元素的类型是int*，所以p1是指针数组
int(*p2)[10];
//p2是指针，指向的是数组，数组有10个元素，每个元素的类型是int，所以p2是数组指针

数组指针变量

int(*p)[10];

解释：p先和*结合，说明p是一个指针变量，然后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，叫数组指针。

这里要注意：[ ]的优先级要高于*号，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，那怎么获得数组的地址呢？就是我们之前学习的 &数组名 。

int arr[10] = {0};
&arr;//得到的是数组的地址

如果要存放数组的地址，就得存放在数组指针变量中，如下：

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

我们调试也能看到 &arr 和 p 的类型是完全一致的。

数组指针类型解析：

int  (*p)  [10] = &arr;
 |    |     |
 |    |     |
 |    |    p指向数组的元素个数
 |   p是数组指针的变量名
p指向的数组的元素类型

3 二维数组传参的本质

有了数组指针的理解，我们就能够讲一下二维数组传参的本质了。

过去我们有一个二维数组的需要传参给一个函数的时候，我们是这样写的：

#include<stdio.h>

void test1(int arr[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 ", arr[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} };
	test1(arr, 3, 5);
	return 0;
}

这里实参是二维数组，形参也写成二维数组的形式，那还有什么其他的写法吗？

首先我们再次理解一下二维数组，二维数组起始可以看做是每个元素是一维数组的数组，也就是二维数组的每个元素是一个一维数组。那么二维数组的首元素就是第一行，是一个一维数组。

如下图：

所以，根据数组名是数组首元素的地址这个规则，二维数组的数组名表示的就是第一行的地址，是一维数组的地址。根据上面的例子，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：

#include<stdio.h>

void test2(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} };
	test2(arr, 3, 5);
	return 0;
}

总结：二维数组传参，形参的部分可以写成数组，也可以写成指针形式。

4 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？

根据前面学习整型指针，数组指针的时候，我们的类比关系，我们不难得出结论：函数指针变量应该是用来存放函数地址的，为了就可以通过地址来调用函数。

那么函数是否有地址呢？

我们做个测试：

#include<stdio.h>

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

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

输出结果如下：

Add = 00C213CF
&Add= 00C213CF

确实打印出来了地址，所以函数是有地址的，函数名就是函数的地址，当然也可以通过 &函数名 的方式获得函数的地址。

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

#include<stdio.h>

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

int main()
{
    int(*pf)(int, int) = &Add; //pf就是函数指针变量
    //int(*pf)(int, int) = Add;
    //int(*pf)(int x, int y) = &Add; //x和y写上或者省略都可以
	return 0;
}

函数指针类型解析：

int      (*pf)     (int x, int y)
 |         |        ------------
 |         |              |
 |         |            pf指向函数的参数类型和个数的交代（x和y可写可不写）
 |        函数指针变量名
pf指向函数的返回类型

int(*)(int, int)    //pf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。

#include<stdio.h>

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

int main()
{
    int(*pf)(int, int) = &Add; //pf就是函数指针变量
    int ret1 = Add(3 ,5);
    printf("%d\n", ret1);//8

    int ret2 = (*pf)(3 ,4);
    printf("%d\n", ret2);//7

    int(*pf2)(int, int) = Add;
    int ret3 = (*pf2)(3 ,6);
    printf("%d\n", ret3);//9

    int ret4 = pf2(3 ,7);
    printf("%d\n", ret4);//10
	return 0;
}

输出结果：

8
7
9
10

4.3 两段有趣的代码

代码1

(*(void(*)())0)();

上面的代码是一次函数调用

1. 把0这个整型数值，强制类型转换成一个函数的地址，这个函数没有参数，返回类型是void
2. 去调用0地址处的函数

代码2

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

上面的代码是函数声明

1. signal是一个函数
2. signal函数的参数有2个，第一个是int类型，第二个是函数指针类型，该指针指向的函数参数是int，返回值是void
3. signal函数的返回类型是void(*)(int)这种类型的函数指针，该指针指向的函数参数是int，返回类型是void

这两段代码均出自：《C陷阱和缺陷》这本书。

4.3.1 typedef关键字

typedef是可以重命名类型的，可以将复杂的类型简单化。

比如，你觉得 unsigned int 写起来不方便，如果能写成uint就方便多了，那么我们可以使用：

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

如果是指针类型，能否重命名呢？其实也是可以的，比如，将 int* 重命名为 ptr_t，这样写：

typedef int* ptr_t;

但是对于数组指针和函数指针稍微有点区别：

比如我们有数组指针类型 int(*)[5] ，需要重命名为 parr_t，那可以这样写：

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也是一样的，比如，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

那么要简化代码2就可以这样写：

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

5 函数指针数组

数组是一个存放相同类型数据的存储空间，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*

那要把函数的地址存到一个数组中，那这个数组就叫函数指针数组，那函数指针的数组如何定义呢？

int(*parr1[3])();    //✔
int*parr2[3]();      //err
int(*)()parr3[3];    //err

答案是：parr1

parr1 先和**[ ]** 结合，说明parr1是数组，数组的内容是什么呢？是 **int(*)()**类型的函数指针。

6 转移表

函数指针数组的用途：转移表

举例：计算器的一般实现：

#include<stdio.h>

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

int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}

int Mul(int x, int y)
{
	return x * y;
}

int Div(int x, int y)
{
	return x / y;
}

void menu()
{
	printf("-------------------------\n");
	printf("-------   计算器   -------\n");
	printf("--  1.add       2.sub  --\n");
	printf("--  3.mul       4.div  --\n");
	printf("--------  0.exit  -------\n");
	printf("-------------------------\n");
}

int main()
{
	int input = 0;
	int x = 0;
	int y = 0;
	int ret = 0;
	do
	{
		menu();
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);

		switch (input)
		{
		case 1:
			printf("请输入两个操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = Add(x, y);
			printf("%d\n", ret);
			break;
		case 2:
			printf("请输入两个操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = Sub(x, y);
			printf("%d\n", ret);
			break;
		case 3:
			printf("请输入两个操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = Mul(x, y);
			printf("%d\n", ret);
			break;
		case 4:
			printf("请输入两个操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = Div(x, y);
			printf("%d\n", ret);
			break;
		case 0:
			printf("退出计算器\n");
			break;
		default:
			printf("输入错误，请重新输入！\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

使用函数指针数组的实现：

#include<stdio.h>

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

int Sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}

int Mul(int x, int y)
{
	return x * y;
}

int Div(int x, int y)
{
	return x / y;
}

void menu()
{
	printf("-------------------------\n");
	printf("-------   计算器   -------\n");
	printf("--  1.add       2.sub  --\n");
	printf("--  3.mul       4.div  --\n");
	printf("--------  0.exit  -------\n");
	printf("-------------------------\n");
}

int main()
{
	int input = 0;
	int x = 0;
	int y = 0;
	int ret = 0;
	do
	{
		menu();
		//函数指针数组的方式解决一下
		//这里的函数指针数组，称为转移表
		int(*pfArr[])(int, int) = { NULL, Add, Sub, Mul, Div };
        //加一个NULL占位，使得数组下标对应
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);

		if (input == 0)
		{
			printf("退出计算器\n");
		}
		else if (input >= 1 && input <= 4)
		{
			printf("请输入两个操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = pfArr[input](x, y);
			printf("%d\n", ret);
		}
		else
		{
			printf("输入错误，请重新输入！\n");
		}
	} while (input);
	return 0;
}