Coursera课程笔记----C程序设计进阶----Week 4

指针(一) （Week 4）

什么是“指针”

• 互联网上的资源——地址

  当获得一个地址，就能得到该地址对应的资源，所以可以把“网址”称为指向资源的“指针”

• 内存中的位置——地址

  • 变量的三要素：变量的地址，变量的值，变量的名字
  • 通常把某个变量的地址称为“指向该变量的指针”

• 如何拿到or看到一个变量的地址

  • 可以利用 取地址运算符“&” 实现
    • cout<<&c<<endl; //结果：0041FE24
    • cout<<sizeof(&c)<<endl; //结果：4

• 变量地址（指针）的作用

  • 我们可以通过资源地址（指针）访问网络资源

  • 计算机通过变量地址（指针）操作变量

    • 可以用指针运算符*实现

      cout<<*&c<<endl; // 等价于cout<<c<<endl;

什么是“指针变量”

• 我们可以设置一个变量，来存放网络资源的地址
• 我们可以设置一个变量，来存放变量的地址（指针）

指针变量

• 专门用于存放指针（某个变量地址）的变量

  • 例：若指针pointer为指针变量，且存储着变量c的指针（地址），则称pointer为指向变量c的“指针变量”

• 定义一个指针变量

  • int *****pointer;

    指针变量的基类型/指针运算符pointer的类型/指针变量的名字

    基类型：指针变量指向的变量的类型

int c = 76;
int *pointer; //定义名字为pointer的指针变量
pointer = &c; //将变量c的地址赋给指针变量pointer；
//赋值后，称指针变量pointer指向了变量c

• 使用指针变量
  • 既然指针变量中存放的是“某个变量的地址”，可否通过“指针变量”访问“它所指向的变量”呢？
  • 可以用指针运算符*****实现

int c = 76;
int *pointer = &c;
//*pointer为“pointer所指向的存储单元的内容”————也就是变量c

• 一些说明
  • 指针变量也是变量，是变量就有地址
  • &与*的运算符优先级比较高（优先级基本上跟着逻辑走就行了）
• 指针变量的++ --
  • 根据基类型来确定++和--
  • 假设：iPtr当前所存地址是0x00000100
    • 若iPtr指向一个整型元素（占4个字节），则iPtr++等于iPtr+1*4 = 0x00000104
    • 若iPtr指向一个实型元素（占4个字节），则iPtr++等于iPtr+1*4 = 0x00000104
    • 若iPtr指向一个字符元素（占1个字节），则iPtr++等于iPtr+1*1 = 0x00000101

数组与指针

• 指向数组元素的指针
  • 指向数组元素和指向普通变量没有区别
  • 数组名是数组首元素的地址
• 数组的地址
  • 数组名代表数组首元素的地址
  • 数组名相当于指向数组第一个元素的指针
    • 数组名不是变量，不能赋值
• 利用指针变量引用数组元素
  • 若定义
    • 数组int a[10]; 指针int *pointer;
  • 则：
    • pointer = a; 等价于pointer = &a[10];
  • 数组访问：
    • pointer + i ; 等价于a + i; 等价于&a[i];
    • *(pointer + i) 等价于*(a+i)等价于a[i];
  • 表示形式
    • pointer[i] 等价于*(pointer + i)
• 需要注意的问题
  • int *p = &a[0]
    • a++是没有意义的，但p++会引起p变化
    • p可以指向数组最后一个元素以后的元素
  • 所以指针做加减运算时一定注意有效的范围
• 指向二维数组的指针
  • 因为存储方式是把二维数组“拉直”，所以使用方法和一位数组区别不大

int main()
{
  int a[3][4] = {1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23};
  int _____,i,j; //填空：完成变量p的定义
  p = a;
  cin >> i >> j;
  cout<<setw(4)<<*(*(p+i)+j); //正误判断，访问元素a[i][j]
  return 0;
}

• 从p = a开始

  • a相当于指向a[3][4]的“第一个元素”的指针
  • 所谓“第一个元素”是指一个”包含4个int型元素的一维数组“
  • 所以，a相当于一个”包含4个int型元素的一维数组“的地址
  • 因此，p的基类型是：“包含4个int型元素的一维数组”

• 问题：如何定义一个指向 “包含4个int型元素的一维数组”的指针变量？

• 答案：变量定义语句：int (*p)[4];

• *(*(p+i)+j)是什么？

  • p指向一个“包含4个int型元素的一维数组”
  • p+i是第i+1个“包含4个int型元素的一维数组”的地址
  • p + i 等价于&a[i];
  • *（p+i）等价于a[i];
  • *（p+i）+j等价于 a[i] + j
  • 因为：a[i] + j 等价于&a[i][j]
  • *(*(p+i)+j)等价于a[i][j]
  • 结果正确

• 详解

  指针变量可以指向一维数组中的元素，当然也就可以指向二维数组中的元素。但是在概念和使用方法上，二维数组的指针比一维数组的指针要复杂一些。要理解指针和二维数组的关系首先要记住一句话：二维数组就是一维数组，这句话该怎么理解呢？

  假如有一个二维数组：

  int a[3][4] = {{1, 3, 5, 7}, {9, 11, 13, 15}, {17, 19, 21, 23}};
  

  其中，a 是二维数组名。a 数组包含 3 行，即 3 个行元素：a[0]，a[1]，a[2]。每个行元素都可以看成含有 4 个元素的一维数组。而且 C 语言规定，a[0]、a[1]、a[2]分别是这三个一维数组的数组名。如下所示：

  

  a[0]、a[1]、a[2] 既然是一维数组名，一维数组的数组名表示的就是数组第一个元素的地址，所以 a[0] 表示的就是元素 a[0][0] 的地址，即 a[0]&a[0][0]；a[1] 表示的就是元素 a[1][0] 的地址，即 a[1]&a[1][0]；a[2] 表示的就是元素 a[2][0] 的地址，即 a[2]==&a[2][0]。

  所以二维数组a[M][N]中，a[i]表示的就是元素a[i][0]的地址，即（式一）：

  a[i] == &a[i][0];
  

  我们知道，在一维数组 b 中，数组名 b 代表数组的首地址，即数组第一个元素的地址，b+1 代表数组第二个元素的地址，…，b+n 代表数组第 n+1 个元素的地址。所以既然 a[0]、a[1]、a[2]、…、a[M–1] 分别表示二维数组 a[M][N] 第 0 行、第 1 行、第 2 行、…、第 M–1 行各一维数组的首地址，那么同样的道理，a[0]+1 就表示元素 a[0][1] 的地址，a[0]+2 就表示元素 a[0][2] 的地址，a[1]+1 就表示元素 a[1][1] 的地址，a[1]+2 就表示元素 a[1][2] 的地址……a[i]+j 就表示 a[i][j] 的地址，即（式二）：

  a[i]+j == &a[i][j];
  

  将式一代入式二得（式三）：

  &a[i][0]+j == &a[i][j]
  

  在一维数组中 a[i] 和 *(a+i) 等价，即（式四）:

  a[i] == *(a+i);
  

  这个关系在二维数组中同样适用，二维数组 a[M][N] 就是有 M 个元素 a[0]、a[1]、…、a[M–1] 的一维数组。将式四代入式二得（式五）：

  *(a+i)+j == &a[i][j];
  

  由式二和式五可知，a[i]+j 和 *(a+i)+j 等价，都表示元素 a[i][j] 的地址。

  上面几个公式很“绕”，理清楚了也很简单，关键是把式二和式五记住。

习题选解

注：只分析较难的答案，不代表是唯一的答案

1. 有double num = 3.14; double * pi = & num; 现在pi指向的地址的内容为3.14。然而我们又想要提高精度，将它变成3.14159。在不考虑代码优美性、易读性的情况下，以下操作正确的有哪些？

✅ pi[0] = 3.14159

解析：虽然pi看上去不是指向数组，但确实可以通过pi[0]引用到我们需要修改的数。但是，这不是一种良好的代码风格，因为一旦使用pi[1]就会出现不可预料的后果。

1. 已知字符串char str[] = "hello,world"; 现在我们想输出字符串的后半部分，即",world"，以下操作正确的包括哪些？

✅cout << str + 5 << endl;

解析：str+5指向','，并且是字符指针，对它使用cout，输出从str+5开始的字符串

1. 以下函数的输出结果是：

   int fun( ){

   char a[10] = {'1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 0}, *p;

   int i = 8;

   p = a + i;

   cout << p - 3 << endl;

   return 0;

   }

✅ 6789

解析：p - 3指向a+5，即内容为'6'的那个地址。由于p-3为字符指针，所以使用cout时输出字符串，以0（即'\0'）结尾

4.对于基类型相同的两个指针变量之间，以下哪一项操作缺乏有价值的语义？

✅ +