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rvalue或read 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lvalue或 location 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var，var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