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J.J. Huang   2019-10-21   C   瀏覽次數:

C語言 - 第十七章 | 指標 - 指標與記憶體位址

什麼是指標?

指標(Pointer),指標可指向一個記憶體位址,可對物件作間接操作,指標擁有型態,這用來告訴編譯器如何解釋記憶體空間的內容,以及每一次運算的大小。

什麼是變數?

變數(Variable)提供具名稱的記憶體儲存空間,一個變數關聯一個資料型態、儲存的值與儲存空間的位址值。

變數的資料型態決定了變數分配到的記憶體大小;變數本身的值是指儲存於記憶體中的某個數值,可以透過變數名稱取得這個數值,這個數值又稱為rvalueread value;而變數的位址值則是指變數所分配到的記憶體之位置,變數本身又稱為lvaluelocation value

如果想知道變數的記憶體位址為何,可以使用&運算子,&是取址運算子(Address-of operator),可以取出變數的記憶體位址。

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#include <stdio.h>

int main() {

int var = 10;

printf("變數 var 的值:%d\n", var);
printf("變數 var 的記憶體位址:%p\n", &var);

return 0;
}

宣告了一個int整數變數varvar指向的記憶體位址是0x002DFA50,這是記憶體位址的16進位表示法,從0x002DFA50 後的4個位元組都是var所配置到的記憶體空間,現在這個空間中儲存值為10

註:每次運行宣告的整數變數所配置的記憶體位址,都是不一樣的。


指標

type

存取變數即直接對所分配到的記憶體空間作存取,指標(Pointer)則提供了間接性,指標可指向特定的記憶體位址,而不直接操作變數或物件,宣告一個指標如下:

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type *ptr;

type是指標的型態,每一個指標都有一個相對應的型態,用以指出所指向的資料或物件之型態有所不同,編譯器根據指標型態來確定特定記憶體位址上的資料如何解釋,以及如何進行指標運算(Pointer arithmetic),幾個指標宣告的範例:

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int *iptr;
float *fptr;
char *cptr;

可以使用&運算子取出變數的位址值並指定給指標,例如:

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#include <stdio.h>

int main() {

int var = 10;
int *ptr = &var ;

printf("變數 var 的位址:%p\n", &var);
printf("指標 ptr 指向的位址:%p\n", ptr);

return 0;
}

你使用&來取出變數var指向的記憶體位址,然後將這個位址指定給指標ptr,因此ptr儲存的值就與&var取出的值相同。


指標擁有兩種操作特性,一是操作指標所儲存的位址,一是操作指標所指向位址之資料,可以使用提取(Dereference)運算子*來提取指標指向位址的資料,例如:

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#include <stdio.h>

int main() {

int var = 10;
int *ptr = &var;

printf("指標 ptr 儲存的值:%p\n", ptr);
printf("取出 ptr 指向的記憶體位置之值:%d\n", *ptr);

return 0;
}


如果已經取得了記憶體位置,當將某個值指定給*ptr時,該記憶體位置的值也會跟著改變,相當於告訴程式,將值放到ptr指向的記憶體位址,例如:

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#include <stdio.h>

int main() {

int var = 10;
int *ptr = &var ;

printf("var = %d\n", var);
printf("*ptr = %d\n", *ptr);

*ptr = 20;

printf("var = %d\n", var);
printf("*ptr = %d\n", *ptr);

return 0;
}

當指標ptr儲存的值與變數var指向的記憶體位置相同時,當對*ptr進行指定的動作時,就會將值直接存入該記憶體位置,因此再透過變數var取出的值也就改變了。


如果宣告指標但不指定初值,則指標指向的位址是未知的,存取未知位址的記憶體內容是危險的,例如:

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int *ptr; 
*ptr = 10;

這個程式片段並未初始指標就指定值給*ptr,所以會造成不可預知的結果(通常是記憶體區段錯誤),最好為指標設定初值,如果指標一開始不指向任何的位址,則可設定初值為0,表示不指向任何位址,例如:

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int *iptr = 0;

在這邊必須注意一個指標宣告常犯的錯誤,在指標宣告時,可以靠在名稱旁邊,也可以靠在關鍵字旁邊,例如:

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int *ptr1; 
int* ptr2;

這兩個宣告方式都是可允許的,一般比較傾向用第一個,因為可以避免以下的錯誤:

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// 這樣的宣告方式,初學者可能以為ptr2也是指標,但事實上並不是。
int* ptr1, ptr2;

// 以下的宣告ptr1與ptr2才都是指標。
int *ptr1, *ptr2;

void

有時候,只希望儲存記憶體的位址,然後將之與另一個記憶體位址作比較,這時並不需要關心型態的問題,可以使用void*來宣告指標,例如:

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void *ptr;

由於void型態的指標沒有任何的型態資訊,所以只用來持有位址資訊,不可以使用*運算子對void型態指標提取值,而必須作轉型動作至對應的型態,例如:

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#include <stdio.h>

int main() {

int var = 10;
void *vptr = &var ;

// 下面這句不可行,void型態指標不可取值
// printf("%d\n", *vptr);

// 轉型為int型態指標並指定給iptr
int *iptr = (int*) vptr;
printf("%d\n", *iptr);

return 0;
}


const

const宣告的變數,被const宣告的變數一但被指定值,就不能再改變變數的值。

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const int var = 10;
const int *vptr = &var;
*vptr = 20;

// 錯誤 (作用中) E0137 運算式必須是可修改的左值
// 錯誤 C3892 'vptr': 無法對 const 變數進行指定動作
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int x = 10;
int y = 20;
int* const vptr = &x;
vptr = &y;

// 錯誤 (作用中) E0137 運算式必須是可修改的左值
// 錯誤 C3892 'vptr': 無法對 const 變數進行指定動作

註:以上參考了
hackersir gitbooks
指標與記憶體位址