指針、引用和取值

什么是指針？什么是內存地址？什么叫做指針的取值？指針是一個存儲計算機內存地址的變量。在這份教程里“引用”表示計算機內存地址。從指針指向的內存讀取數據稱作指針的取值。指針可以指向某些具體類型的變量地址，例如int、long和double。指針也可以是void類型、NULL指針和未初始化指針。本文會對上述所有指針類型進行探討。

根據出現的位置不同，操作符 * 既可以用來聲明一個指針變量，也可以用作指針的取值。當用在聲明一個變量時，*表示這里聲明了一個指針。其它情況用到*表示指針的取值。

&是地址操作符，用來引用一個內存地址。通過在變量名字前使用&操作符，我們可以得到該變量的內存地址。

// 聲明一個int指針
int *ptr;
// 聲明一個int值
int val = 1;
// 為指針分配一個int值的引用
ptr = &val;
// 對指針進行取值，打印存儲在指針地址中的內容
int deref = *ptr;
printf("%d\n", deref);

第2行，我們通過*操作符聲明了一個int指針。接著我們聲明了一個int變量并賦值為1。然后我們用int變量的地址初始化我們的int指針。接下來對int指針取值，用變量的內存地址初始化int指針。最終，我們打印輸出變量值，內容為1。

第6行的&val是一個引用。在val變量聲明并初始化內存之后，通過在變量名之前使用地址操作符&我們可以直接引用變量的內存地址。

第8行，我們再一次使用*操作符來對該指針取值，可直接獲得指針指向的內存地址中的數據。由于指針聲明的類型是int，所以取到的值是指針指向的內存地址存儲的int值。

這里可以把指針、引用和值的關系類比為信封、郵箱地址和房子。一個指針就好像是一個信封，我們可以在上面填寫郵寄地址。一個引用（地址）就像是一個郵件地址，它是實際的地址。取值就像是地址對應的房子。我們可以把信封上的地址擦掉，寫上另外一個我們想要的地址，但這個行為對房子沒有任何影響。

void指針、NULL指針和未初始化指針

一個指針可以被聲明為void類型，比如void *x。一個指針可以被賦值為NULL。一個指針變量聲明之后但沒有被賦值，叫做未初始化指針。

int *uninit; // int指針未初始化
int *nullptr = NULL; // 初始化為NULL
void *vptr; // void指針未初始化
int val = 1;
int *iptr;
int *castptr;
 
// void類型可以存儲任意類型的指針或引用
iptr = &val;
vptr = iptr;
printf("iptr=%p, vptr=%p\n", iptr, vptr);
 
// 通過顯示轉換，我們可以把一個void指針轉成
// int指針并進行取值
castptr = (int *)vptr;
printf("*castptr=%d\n", *castptr);
 
// 打印null和未初始化指針
printf("uninit=%p, nullptr=%p\n", uninit, nullptr);
// 不知道你會得到怎樣的返回值，會是隨機的垃圾地址嗎？
// printf("*nullptr=%d\n", nullptr);
// 這里會產生一個段錯誤
// printf("*nullptr=%d\n", nullptr);

執(zhí)行上面的代碼，你會得到類似下面對應不同內存地址的輸出。

iptr=0x7fff94b89c6c, vptr=0x7fff94b89c6c
*castptr=1
uninit=0x7fff94b89d50, nullptr=(nil)

第1行我們聲明了一個未初始化int指針。所有的指針在賦值為NULL、一個引用（地址）或者另一個指針之前都是未被初始化的。第2行我們聲明了一個NULL指針。第3行聲明了一個void指針。第4行到第6行聲明了一個int值和幾個int指針。

第9行到11行，我們?yōu)閕nt指針賦值為一個引用并把int指針賦值為void指針。void指針可以保存各種其它指針類型。大多數時候它們被用來存儲數據結構。可以注意到，第11行我們打印了int和void指針的地址。它們現在指向了同樣的內存地址。所有的指針都存儲了內存地址。它們的類型只在取值時起作用。

第15到16行，我們把void指針轉換為int指針castptr。請注意這里需要顯示轉換。雖然C語言并不要求顯示地轉換，但這樣會增加代碼的可讀性。接著我們對castptr指針取值，值為1。

第19行非常有意思，在這里打印未初始化指針和NULL指針。值得注意的是，未初始化指針是有內存地址的，而且是一個垃圾地址。不知道這個內存地址指向的值是什么。這就是為什么不要對未初始化指針取值的原因。最好的情況是你取到的是垃圾地址接下來你需要對程序進行調試，最壞的情況則會導致程序崩潰。

NULL指針被初始化為o。NULL是一個特殊的地址，用NULL賦值的指針指向的地址為0而不是隨機的地址。只有當你準備使用這個地址時有效。不要對NULL地址取值，否則會產生段錯誤。

指針和數組

C語言的數組表示一段連續(xù)的內存空間，用來存儲多個特定類型的對象。與之相反，指針用來存儲單個內存地址。數組和指針不是同一種結構因此不可以互相轉換。而數組變量指向了數組的第一個元素的內存地址。

一個數組變量是一個常量。即使指針變量指向同樣的地址或者一個不同的數組，也不能把指針賦值給數組變量。也不可以將一個數組變量賦值給另一個數組。然而，可以把一個數組變量賦值給指針，這一點似乎讓人感到費解。把數組變量賦值給指針時，實際上是把指向數組第一個元素的地址賦給指針。

int myarray[4] = {1,2,3,0};
int *ptr = myarray;
printf("*ptr=%d\n", *ptr);
 
// 數組變量是常量，不能做下面的賦值
// myarray = ptr
// myarray = myarray2
// myarray = &myarray2[0]

第1行初始化了一個int數組，第2行用數組變量初始化了一個int指針。由于數組變量實際上是第一個元素的地址，因此我們可以把這個地址賦值給指針。這個賦值與*ptr = &myarray[0]效果相同，顯示地把數組的第一個元素地址賦值到了ptr引用。這里需要注意的是，這里指針需要和數組的元素類型保持一致，除非指針類型為void。

指針與結構體

就像數組一樣，指向結構體的指針存儲了結構體第一個元素的內存地址。與數組指針一樣，結構體的指針必須聲明和結構體類型保持一致，或者聲明為void類型。

struct person {
  int age;
  char *name;
};
struct person first;
struct person *ptr;
 
first.age = 21;
char *fullname = "full name";
first.name = fullname;
ptr = &first;
 
printf("age=%d, name=%s\n", first.age, ptr->name);

第1至6行聲明了一個person結構體，一個變量指向了一個person結構體和指向person結構體的指針。第8行為age成員賦了一個int值。第9至10行我們聲明了一個char指針并賦值給一個char數組并賦值給結構體name成員。第11行我們把一個person結構體引用賦值給結構體變量。

第13行我們打印了結構體實例的age和name。這里需要注意兩個不同的符號，’.’ 和 ‘->’ 。結構體實例可以通過使用 ‘.’ 符號訪問age變量。對于結構體實例的指針，我們可以通過 ‘->’ 符號訪問name變量。也可以同樣通過(*ptr).name來訪問name變量。

總結

希望這份簡短的概述能夠有助于了解不同的指針類型。在后續(xù)的博文中我們會探討其它類型的指針和高級用法，比如函數指針。

歡迎提出提問并給出評論。

英文原文：Dennis Kubes 編譯：伯樂在線 – 唐尤華