#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // create two arrays we care about
    int ages[] = {23, 43, 12, 89, 2};
    char *names[] = {
        "Alan", "Frank",
        "Mary", "John", "Lisa"
    };

    // safely get the size of ages
    int count = sizeof(ages) / sizeof(int);
    int i = 0;

    // first way using indexing
    for(i = 0; i < count; i++) {
        printf("%s has %d years alive.\n",
                names[i], ages[i]);
    }

    printf("---\n");

    // setup the pointers to the start of the arrays
    int *cur_age = ages;
    char **cur_name = names;

    // second way using pointers
    for(i = 0; i < count; i++) {
        printf("%s is %d years old.\n",
                *(cur_name+i), *(cur_age+i));
    }

    printf("---\n");

    // third way, pointers are just arrays
    for(i = 0; i < count; i++) {
        printf("%s is %d years old again.\n",
                cur_name[i], cur_age[i]);
    }

    printf("---\n");

    // fourth way with pointers in a stupid complex way
    for(cur_name = names, cur_age = ages;
            (cur_age - ages) < count;
            cur_name++, cur_age++)
    {
        printf("%s lived %d years so far.\n",
                *cur_name, *cur_age);
    }

    return 0;
}

在解釋指針如何工作之前，讓我們逐行分解這個程序，這樣你可以對發(fā)生了什么有所了解。當你瀏覽這個詳細說明時，試著自己在紙上回答問題，之后看看你猜測的結(jié)果符合我對指針的描述。

ex15.c:6-10

創(chuàng)建了兩個數(shù)組，ages儲存了一些int數(shù)據(jù)，names儲存了一個字符串數(shù)組。

ex15.c:12-13

為之后的for循環(huán)創(chuàng)建了一些變量。

ex15.c:16-19

你知道這只是遍歷了兩個數(shù)組，并且打印出每個人的年齡。它使用了i來對數(shù)組索引。

ex15.c:24

創(chuàng)建了一個指向ages的指針。注意int *創(chuàng)建“指向整數(shù)的指針”的指針類型的用法。它很像char *，意義是“指向字符的指針”，而且字符串是字符的數(shù)組。是不是很相似呢？

ex15.c:25

創(chuàng)建了指向names的指針。char *已經(jīng)是“指向char的指針”了，所以它只是個字符串。你需要兩個層級，因為names是二維的，也就是說你需要char **作為“指向‘指向字符的指針’的指針”。把它學(xué)會，并且自己解釋它。

ex15.c:28-31

遍歷ages和names，但是使用“指針加偏移i”。*(cur_name+i)和name[i]是一樣的，你應(yīng)該把它讀作“‘cur_name指針加i’的值”。

ex15.c:35-39

這里展示了訪問數(shù)組元素的語法和指針是相同的。

ex15.c:44-50

另一個十分愚蠢的循環(huán)和其它兩個循環(huán)做著相同的事情，但是它用了各種指針算術(shù)運算來代替：

ex15.c:44

通過將cur_name和cur_age置為names和age數(shù)組的起始位置來初始化for循環(huán)。

ex15.c:45

for循環(huán)的測試部分比較cur_age指針和ages起始位置的距離，為什么可以這樣寫呢？

ex15.c:46

for循環(huán)的增加部分增加了cur_name和cur_age的值，這樣它們可以只想names和ages的下一個元素。

ex15.c:48-49

cur_name和cur_age的值現(xiàn)在指向了相應(yīng)數(shù)組中的一個元素，我們我可以通過*cur_name和*cur_age來打印它們，這里的意思是“cur_name和cur_age指向的值”。

這個看似簡單的程序卻包含了大量的信息，其目的是在我向你講解之前嘗試讓你自己弄清楚指針。直到你寫下你認為指針做了什么之前，不要往下閱讀。

你會看到什么

在你運行這個程序之后，嘗試根據(jù)打印出的每一行追溯到代碼中產(chǎn)生它們的那一行。在必要情況下，修改printf調(diào)用來確認你得到了正確的行號：

$ make ex15
cc -Wall -g    ex15.c   -o ex15
$ ./ex15
Alan has 23 years alive.
Frank has 43 years alive.
Mary has 12 years alive.
John has 89 years alive.
Lisa has 2 years alive.
---
Alan is 23 years old.
Frank is 43 years old.
Mary is 12 years old.
John is 89 years old.
Lisa is 2 years old.
---
Alan is 23 years old again.
Frank is 43 years old again.
Mary is 12 years old again.
John is 89 years old again.
Lisa is 2 years old again.
---
Alan lived 23 years so far.
Frank lived 43 years so far.
Mary lived 12 years so far.
John lived 89 years so far.
Lisa lived 2 years so far.
$

解釋指針

當你寫下一些類似ages[i]的東西時，你實際上在用i中的數(shù)字來索引ages。如果i的值為0，那么就等同于寫下ages[0]。我們把i叫做下標，因為它是ages中的一個位置。它也能稱為地址，這是“我想要ages位于地址i處的整數(shù)”中的說法。

如果i是個下標，那么ages又是什么？對C來說ages是在計算機中那些整數(shù)的起始位置。當然它也是個地址，C編譯器會把任何你鍵入ages的地方替換為數(shù)組中第一個整數(shù)的地址。另一個理解它的辦法就是把ages當作“數(shù)組內(nèi)部第一個整數(shù)的地址”，但是它是整個計算機中的地址，而不是像i一樣的ages中的地址。ages數(shù)組的名字在計算機中實際上是個地址。

這就產(chǎn)生了一種特定的實現(xiàn)：C把你的計算機看成一個龐大的字節(jié)數(shù)組。顯然這樣不會有什么用處，于是C就在它的基礎(chǔ)上構(gòu)建出類型和大小的概念。你已經(jīng)在前面的練習中看到了它是如何工作的，但現(xiàn)在你可以開始了解C對你的數(shù)組做了下面一些事情：

在你的計算機中開辟一塊內(nèi)存。
將ages這個名字“指向”它的起始位置。
通過選取ages作為基址，并且獲取位置為i的元素，來對內(nèi)存塊進行索引。
將ages+i處的元素轉(zhuǎn)換成大小正確的有效的int，這樣就返回了你想要的結(jié)果：下標i處的int。

如果你可以選取ages作為基址，之后加上比如i的另一個地址，你是否就能隨時構(gòu)造出指向這一地址的指針呢？是的，這種東西就叫做指針。這也是cur_age和cur_name所做的事情，它們是指向計算機中這一位置的變量，ages和names就處于這一位置。之后，示例程序移動它們，或者做了一些算數(shù)運算，來從內(nèi)存中獲取值。在其中一個實例中，只是簡單地將cur_age加上i，這樣等同于array[i]。在最后一個for循環(huán)中，這兩個指針在沒有i輔助的情況下自己移動，被當做數(shù)組基址和整數(shù)偏移合并到一起的組合。

指針僅僅是指向計算機中的某個地址，并帶有類型限定符，所以你可以通過它得到正確大小的數(shù)據(jù)。它類似于將ages和i組合為一個數(shù)據(jù)類型的東西。C了解指針指向什么地方，所指向的數(shù)據(jù)類型，這些類型的大小，以及如何為你獲取數(shù)據(jù)。你可以像i一樣增加它們，減少它們，對他們做加減運算。然而它們也像是ages，你可以通過它獲取值，放入新的值，或執(zhí)行全部的數(shù)組操作。

指針的用途就是讓你手動對內(nèi)存塊進行索引，一些情況下數(shù)組并不能做到。絕大多數(shù)情況中，你可能打算使用數(shù)組，但是一些處理原始內(nèi)存塊的情況，是指針的用武之地。指針向你提供了原始的、直接的內(nèi)存塊訪問途徑，讓你能夠處理它們。

在這一階段需要掌握的最后一件事，就是你可以對數(shù)組和指針操作混用它們絕大多數(shù)的語法。你可以對一個指針使用數(shù)組的語法來訪問指向的東西，也可以對數(shù)組的名字做指針的算數(shù)運算。

實用的指針用法

你可以用指針做下面四個最基本的操作：

向OS申請一塊內(nèi)存，并且用指針處理它。這包括字符串，和一些你從來沒見過的東西，比如結(jié)構(gòu)體。
通過指針向函數(shù)傳遞大塊的內(nèi)存（比如很大的結(jié)構(gòu)體），這樣不必把全部數(shù)據(jù)都傳遞進去。
獲取函數(shù)的地址用于動態(tài)調(diào)用。
對一塊內(nèi)存做復(fù)雜的搜索，比如，轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)套接字中的字節(jié)，或者解析文件。

對于你看到的其它所有情況，實際上應(yīng)當使用數(shù)組。在早期，由于編譯器不擅長優(yōu)化數(shù)組，人們使用指針來加速它們的程序。然而，現(xiàn)在訪問數(shù)組和指針的語法都會翻譯成相同的機器碼，并且表現(xiàn)一致。由此，你應(yīng)該每次盡可能使用數(shù)組，并且按需將指針用作提升性能的手段。

指針詞庫

現(xiàn)在我打算向你提供一個詞庫，用于讀寫指針。當你遇到復(fù)雜的指針語句時，試著參考它并且逐字拆分語句（或者不要使用這個語句，因為有可能并不好）：

type *ptr

type類型的指針，名為ptr。

*ptr

ptr所指向位置的值。

*(ptr + i)

（ptr所指向位置加上i）的值。

譯者注：以字節(jié)為單位的話，應(yīng)該是ptr所指向的位置再加上sizeof(type) * i。

&thing

thing的地址。

type *ptr = &thing

名為ptr，type類型的指針，值設(shè)置為thing的地址。

ptr++

自增ptr指向的位置。

我們將會使用這份簡單的詞庫來拆解這本書中所有的指針用例。

指針并不是數(shù)組

無論怎么樣，你都不應(yīng)該把指針和數(shù)組混為一談。它們并不是相同的東西，即使C讓你以一些相同的方法來使用它們。例如，如果你訪問上面代碼中的sizeof(cur_age)，你會得到指針的大小，而不是它指向數(shù)組的大小。如果你想得到整個數(shù)組的大小，你應(yīng)該使用數(shù)組的名稱age，就行第12行那樣。

譯者注，除了sizeof、&操作和聲明之外，數(shù)組名稱都會被編譯器推導(dǎo)為指向其首個元素的指針。對于這些情況，不要用“是”這個詞，而是要用“推導(dǎo)”。

如何使它崩潰

你可以通過將指針指向錯誤的位置來使程序崩潰：

試著將cur_age指向names?？梢孕枰狢風格轉(zhuǎn)換來強制執(zhí)行，試著查閱相關(guān)資料把它弄明白。
在最后的for循環(huán)中，用一些古怪的方式使計算發(fā)生錯誤。
試著重寫循環(huán)，讓它們從數(shù)組的最后一個元素開始遍歷到首個元素。這比看上去要困難。

附加題

使用訪問指針的方式重寫所有使用數(shù)組的地方。
使用訪問數(shù)組的方式重寫所有使用指針的地方。
在其它程序中使用指針來代替數(shù)組訪問。
使用指針來處理命令行參數(shù)，就像處理names那樣。
將獲取值和獲取地址組合到一起。
在程序末尾添加一個for循環(huán)，打印出這些指針所指向的地址。你需要在printf中使用%p。
對于每一種打印數(shù)組的方法，使用函數(shù)來重寫程序。試著向函數(shù)傳遞指針來處理數(shù)據(jù)。記住你可以聲明接受指針的函數(shù)，但是可以像數(shù)組那樣用它。
將for循環(huán)改為while循環(huán)，并且觀察對于每種指針用法哪種循環(huán)更方便。

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