C語言指針學習

2022 年 3 月 30 日
筆記
007

一、電腦存儲

在C語言中，變數的存儲是先存小端，再存大端，依次往下，int 類型變數佔用四個位元組，short類型變數佔用兩個位元組，char類型變數佔用一個位元組。

需要注意的是：數組申請的存儲空間，只能是連續的，哪怕是空的，沒有內容，也只能佔用，例如：char c[4] = {0x33,0x34,0x35},實際上只存了三個位元組數據，但是卻申請了四個位元組的空間。

二、指針的表示

在指針的定義中：int ^*p，^*其實是和int 聯繫在一起的，p只是變數名字，但是，如果這樣寫：int ^*p，c;那麼，c不是指針類型，而是int類型。

電腦幾位作業系統指的是一次性能處理幾位的數據，由上圖可知，64位作業系統，一個指針佔用8個位元組的空間。

三、指針操作

p⁺⁺，由上圖可知，加一個數據寬度，不同類型的變數有不同的數據寬度：

（1）int 型：因為int佔四個位元組，所以數據寬度為四。

（2）short型加2。

（3）char型加1。

–也是一樣。

注意：指針加加對於只定義了的單獨變數來說，它的下一個存儲空間是未知的，我們並不知道下一個空間里內容是什麼，強行訪問會出錯，所以加加減減一般都用在定義的數組中。

四、指針操作

數組其實就是指針，如上圖所示。

如上圖所示的程式書寫，直接將a賦值給p說明指針和數組就是一樣的。從後面的輸出也可以看出，輸出結果一樣。char類型一個位元組，加一跳一個位元組，但是變成int類型後，加一跳四個位元組。

五、數組定義與指針定義

（1）數組定義：

int a[] = {0x33,0x34,0x35};數組定義還是比較簡單的。

（2）指針定義:

先調用malloc函數所在的頭文件：<stdlib.h>;

然後利用malloc函數申請記憶體：

malloc括弧里的內容意思為申請3個記憶體單元，每個記憶體單元佔用四個位元組。malloc函數的返回值為^*類型，即返回給一個指針，所以先定義了int ^*a，然後把申請到的空間給了a指針。後續給a賦值的操作類似，如上圖。

整體來看，上圖中指針的一系列操作等同於上圖數組的操作。

六、補充

列印函數以十六進位顯示：printf(“%x\n”, 變數)；

七、指針的應用——子函數與主函數傳遞參數

首先介紹不使用指針，直接進行參數傳遞，如下圖：

這裡將主函數中的a傳遞給子函數時，相當於將a先複製一遍，再賦值給param，如上圖右邊紅色存儲示意圖所示，這樣做在單個變數這種小數據量時的操作是可以的，但是如果要傳一個數組呢？這樣做就會導致記憶體的浪費。但是它也是有優點的，如下圖：

在子函數中更改參數，但是不影響主函數的a，因為剛才說過了，它傳參的原理是再複製一遍。綜上，優點：不會破壞原有的參數的值；缺點：佔用記憶體，傳遞大數據量時不宜使用。

接下來介紹指針傳參：

定義一個子函數，子函數需要的參數有指針和數組元素的個數，在主函數里，定義了一個數組，一個變數，用變數接收數組中最大的那個元素。

如紅色記憶體示意圖所示，a3·數組就佔用了那6×4個位元組的記憶體，max佔用4個位元組，在子函數中定義了一個指針變數（要傳入的參數，是個局部變數），這個指針變數array同樣也申請了一塊記憶體，佔用8個位元組，在主函數中將a傳入，那麼array存的就是a的首地址。所以這樣的話只新建了8個位元組的開銷，它訪問的還是主函數數組那一段存儲空間。它倆共用一套數組，避免了再次賦值。在子函數這個調用程式結束後，array被釋放掉。但是這樣的缺點就是避免不了數據的更改：

在子函數中把array[1]的值改為66，然後列印出來看看：

可以看到，原來數組中的值已經被修改了。綜上所述，優點：不用複製，節省空間和時間；缺點：數據易被修改。

綜合改進版：加入const:

加了const後，說明傳入的參數是只讀，不可修改的，若強行修改，如上圖，編譯器會報錯，相當於加入了一種保護機制。

C語言中還有很多這種傳遞地址的函數，如：，函數，看它下面的解釋，也是用的const類型。

七、指針的應用——函數多返回值

在C語言的一般定義的子函數中，只能return一個返回值，如果想要返回多個值就不行了。但是正是利用上述傳入地址參數，共同使用一個數組的特性，可以實現數據的更改，將這一缺點轉為優點，它的可以更改的屬性，使得在一般意義上，實現了多個值的返回：

…

返回值MAX = 30，count = 3,在意義上實現了值的返回。下面通過存儲示意圖再做解釋：

首先劃定了MAX的空間4個位元組，然後調用子函數的話，定義了max的空間8個位元組，把&MAX傳入，那麼max中存的就是MAX的首地址。接著在子函數中給^*max寫入數據，相當於在MAX空間寫數據，將MAX的值更改，實現值的返回。當子函數返回之後，max被銷毀。由於參數可以隨便多，所以返回值可以隨便多。同樣，在標準C語言庫中，我們也可以找到類似的函數：，結合下面的解釋可以知道，const是傳入的不可以更改數據，而那個char ^*則是可以修改，也就是我們想要的返回值。

strcpy函數使用示例：注意strcpy的函數解釋中雖然要求傳的參數是const，但是正如上面自定義的FindMaxAndCount函數，在主函數調用中傳遞進參數，並不需要再加一遍const，直接把地址傳進去就好了，這裡也是一樣，我們直接把地址傳進去，不需要再額外的加const這個關鍵詞。strcpy這個函數就實現了字元串數組的複製。需要補充的是，列印函數printf正如第一個C語言程式一樣，列印hellow world!時，我們直接這樣寫：printf(“Hellow world!”),不需要像%d、%x、%c這樣的列印方式的關鍵詞，所以這裡也是一樣，直接列印就好。

八、指針的應用——函數返回值為指針

定義一個函數，該函數的返回值為指針類型，通過返回的地址，拿到數組的地址，間接訪問數組。如下所示，在列印時，可以寫*pt，也可以寫pt[]加下角標的形式，這些都是等價的。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/*********************/
int Time[] = {23,59,55};

int *GetTime(void)//int *看成一個整體，意思是該函數的返回值為int *類型。
{
    return Time;
}
/*********************/
int main()
{
    int *pt;
    pt = GetTime();
    printf("pt[0]=%d\n",*pt);
    printf("pt[0]=%d\n",pt[0]);
    printf("pt[1]=%d\n",pt[1]);
    printf("pt[2]=%d\n",pt[2]);
    return 0;
}

但是不能夠把局部變數返回，因為局部變數在執行完此子函數後就會被銷毀，如下是錯誤的。

/*********************/

int *GetTime(void)//int *看成一個整體，意思是該函數的返回值為int *類型。
{
    int Time[] = {23,59,55};
    return Time;
}
/*********************/

九、指針的實際操作——文件的應用

fopen函數，，第一個參數為const char *，按照我們之前學的，就是用指針傳遞一個大容量的數組，在這裡根據Filename可知，是文件；第二個也是const char *，是mode，可查閱該函數的定義得知mode可以是什麼值。返回值為FILE *，FILE是個結構體，FILE *就是文件的句柄，拿到這個FILE *我們就持有了文件，我們才可以對它進行操作。

注意：FILE *與char *、int *對比可知，它是一個新的數據類型，就是FILE。

既然fopen返回值為FILE *，那麼我們就用FILE *去接它：，當然名字是隨便起的，這裡起名為f。

在最後還需要一個fclose函數把文件關掉，如下：

int main(void)
{
    FILE *f=fopen("E:\\text.txt","w");
    
    
    fclose(f);
    return 0;
}

然後我們就可以在fopen和fclose之間去給該文件寫東西（因為fopen中此次選擇的是w：只寫）：

int main(void)
{
    FILE *f=fopen("E:\\text.txt","w");

    fputc('A',f);

    fputs("Hellow World!",f);

    fclose(f);
    return 0;
}

根據運行結果可知，文件寫成功。

接下來，改成以只讀的形式打開：

int main(void)
{
    char a;
    FILE *f=fopen("E:\\text.txt","r");
    a=fgetc(f);
    fclose(f);
    printf("%c\n", a);
    return 0;
}

只讀成功。讀出字元數組：

int main(void)
{
    char a;
    char s[15];
    FILE *f=fopen("E:\\text.txt","r");
    a=fgetc(f);
    fgets(s,15,f);//把f中15個讀出寫到s中
    fclose(f);
    printf("%c\n", a);
    printf(s);
    return 0;
}

C語言文件操作完全攻略 (biancheng.net)

十、指針在嵌入式中的使用

指針讀取ID號：

#include "reg52.h"

void main()
{
  unsigned char *p;
    
    LCD_Init();
    p=(unsigned char *)0xF1;//強制類型轉換，0xF1為ID號存儲地址
    
    LCD_ShowHexNum(2,1,*p,2);
    LCD_ShowHexNum(2,3,*(p+1),2);
    LCD_ShowHexNum(2,5,*(p+2),2);
    LCD_ShowHexNum(2,7,*(p+3),2);
    LCD_ShowHexNum(2,9,*(p+4),2);
    LCD_ShowHexNum(2,11,*(p+5),2);
    LCD_ShowHexNum(2,13,*(p+6),2);

    while(1);
}

也可以這麼寫：

LCD_ShowHexNum(2,1,*((unsigned char *)0xF1),2);//也可以這麼寫，先強制轉換，再取內容

在程式存儲器最後7個位元組單元也存放著ID號，我們試一下在程式存儲器讀取出ID號：由於unsigned char *是訪問內部RAM的，想要訪問程式空間得加一個code:

void main()
{
  unsigned char code*p;
    
    LCD_Init();
    p=(unsigned char code *)0x1FF9;//強制類型轉換，0xF1為ID號存儲地址
    
    LCD_ShowHexNum(2,1,*p,2);//也可以這麼寫，先強制轉換，再取內容
    LCD_ShowHexNum(2,3,*(p+1),2);
    LCD_ShowHexNum(2,5,*(p+2),2);
    LCD_ShowHexNum(2,7,*(p+3),2);
    LCD_ShowHexNum(2,9,*(p+4),2);
    LCD_ShowHexNum(2,11,*(p+5),2);
    LCD_ShowHexNum(2,13,*(p+6),2);

    while(1);
}

十.一、將複雜格式數據轉換為位元組

先用軟體模擬無線模組，構建虛擬無線模組，遵循一個位元組一個位元組的發送原則：

#include <stdio.h>

/*****************************/
unsigned char AirData[20];

void SendData(const unsigned char *data,unsigned char count)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<count;i++)
    {
        AirData[i]=data[i];
    }
}
/*****************************/

/*****************************/
void ReceiveData(unsigned char *data,unsigned char count)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<count;i++)
    {
        data[i]=AirData[i];
    }
}
/*****************************/
int main(void)
{
/******************************/
    unsigned char i;
    unsigned char DataSend[]={0x12,0x34,0x56,0x78};
    SendData(DataSend,4);

    printf("\nAirData=");
    for(i=0;i<20;i++)
    {
        printf("%x ",AirData[i]);
    }
/******************************/
    unsigned char DataReceive[4];
    ReceiveData(DataReceive,4);
    printf("\nAirData=");
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        printf("%x ",DataReceive[i]);
    }
/******************************/
    return 0;
}

接下來解決float參數的發送問題：float本身是四個位元組，所以發送只要把四個位元組都發送過去就🆗了，因為四個位元組，它在存儲float時是編碼後的數據存儲的，所以我們可以把它看成unsigned char類型的四個單元的數組。

定義一個unsigned char*的變數，讓它等於float的首地址，把四個數據發送過去，解碼的時候再定義一個float*，讓它等於這個數組的首地址，那它就會把這四個數當成float進行解碼，解碼出來就是原數據：

#include <stdio.h>

/*****************************/
unsigned char AirData[4];

void SendData(const unsigned char *data,unsigned char count)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<count;i++)
    {
        AirData[i]=data[i];
    }
}
/*****************************/

/*****************************/
void ReceiveData(unsigned char *data,unsigned char count)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<count;i++)
    {
        data[i]=AirData[i];
    }
}
/*****************************/
int main(void)
{
/******************************/
    unsigned char i;
    unsigned char DataSend[]={0x12,0x34,0x56,0x78};
    float num=12.345;

    unsigned char *p;

    p=(unsigned char*)&num;

    SendData(p,4);

    printf("AirData=");
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        printf("%x ",AirData[i]);
    }
/******************************/
    unsigned char DataReceive[4];
    ReceiveData(DataReceive,4);
    printf("\nAirData=");
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        printf("%x ",DataReceive[i]);
    }
/******************************/
    return 0;
}

編碼數據：

接收解碼：

#include <stdio.h>

/*****************************/
unsigned char AirData[4];

void SendData(const unsigned char *data,unsigned char count)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<count;i++)
    {
        AirData[i]=data[i];
    }
}
/*****************************/

/*****************************/
void ReceiveData(unsigned char *data,unsigned char count)
{
    unsigned char i;
    for(i=0;i<count;i++)
    {
        data[i]=AirData[i];
    }
}
/*****************************/
int main(void)
{
/******************************/
    unsigned char i;
    unsigned char DataSend[]={0x12,0x34,0x56,0x78};
    float num=12.345;

    unsigned char *p;

    p=(unsigned char*)&num;

    SendData(p,4);

    printf("AirData=");
    for(i=0;i<4;i++)
    {
        printf("%x ",AirData[i]);
    }
/******************************/
    unsigned char DataReceive[4];

    float *fp;//接收解碼

    ReceiveData(DataReceive,4);

    fp=(float *)DataReceive;
    printf("\nAirData=");

    printf("\nnum=%f",*fp);

/******************************/
    return 0;
}

完結……

2022-03-30

20:20:02

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