工学1号馆

home

C语言指针传递详解

By Wu Yudong on June 27, 2015

原创文章,转载请注明: 转载自工学1号馆

本文将讨论C语言中指针传递给函数与从函数返回指针

传递指针可以让多个函数访问指针所引用的对象,而不用把对象声明为全局可访问,要在某个函数中修改数据,需要用指针传递数据,当数据是需要修改的指针的时候,就要传递指针的指针,传递参数(包括指针)的时候,传递的是它们的值,也就是说,传递给函数的是参数值的一个副本

用指针传递数据

用指针传递数据的一个主要原因是函数可以修改数据

下面的代码实现一个常见的交换函数:

#include<stdio.h>
void swap(int* a, int* b)
{
    int tmp;
    tmp = *a;
    *a = *b;
    *b = tmp;
}
int main()
{
    int m, n;
    m = 5;
    n = 10;
    printf("m=%d, n=%d\n",m, n);
    swap(&m, &n);
    printf("m=%d, n=%d\n",m, n);
    return 0;
}

如果不通过指针传递参数,交换就不会发生,具体的原理参见任何一本C语言教材

传递指向常量的指针

传递指向常量的指针是C中常用的技术,效率很高,因为避免某种情况下复制大量内存,如果不希望数据被修改,就要传递指向常量的指针

我们不能修改通过指向常量的指针传进来的值:

#include<stdio.h>
void passconstant(const int* num1, int*num2)
{
    *num2 = *num1;
}
int main()
{
    const int a = 100;
    int b = 5;
    printf("a=%d, b=%d\n",a, b);
    passconstant(&a, &b);
    printf("a=%d, b=%d\n",a, b);
    return 0;
}

下面的代码会产生错误(第二个形参和实参的类型不匹配,试图修改第一个参数所引用的常量):

#include<stdio.h>
void passconstant(const int* num1, int* num2)
{
    *num1 = 100;
    *num2 = 200;
}
int main()
{
    const int limit = 100;
    passconstant(&limit, &limit);
    return 0;
}

C语言中堆和栈的区别

预备知识—程序的内存分配 

一个由C编译的程序占用的内存分为以下几个部分:

1、栈区(stack)— 由编译器自动分配释放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区(heap) — 一般由程序员分配释放, 若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式倒是类似于链表。

3、全局区(静态区)(static),全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。

4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的, 程序结束后由系统释放

5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

下面就说说C语言程序内存分配中的堆和栈,内存分配一般情况下程序存放在Rom或Flash中,运行时需要拷到内存中执行,内存会分别存储不同的信息,如下图所示:

    内存中的栈区处于相对较高的地址以地址的增长方向为上的话,栈地址是向下增长的,栈中分配局部变量空间,堆区是向上增长的用于分配程序员申请的内存空间。另外还有静态区是分配静态变量,全局变量空间的;只读区是分配常量和程序代码空间的;以及其他一些分区。

堆栈的区别,来看一个经典例子:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
int main()
{
    int b; //栈
    char s[] = "abc"; //栈
    char *p2; //栈
    char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区,p3在栈上。
    static int c =0; //全局(静态)初始化区
    p1 = (char*)malloc(10);  //堆
    p2 = (char*)malloc(10);
    return 0;
}

不知道你是否有点明白了,堆和栈的第一个区别就是申请方式不同:栈(英文名称是stack)是系统自动分配空间的,例如我们定义一个 char a;系统会自动在栈上为其开辟

空间。而堆(英文名称是heap)则是程序员根据需要自己申请的空间,例如malloc(10);由于栈上的空间是自动分配自动回收的,所以栈上的数据的生存周期只是在函数的运行过程中,运行后就释放掉,不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空间,就一直可以访问到,不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露。还有其他的一些区别网上的总结的不错这里转述一下:

1.申请后系统的响应

栈:只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。

堆:首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样,代码中的 delete语句才能正确的释放本内存空间。另外,由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中,也就是说堆会在申请后还要做一些后续的工作这就会引出申请效率的问题。

2.申请效率的比较

栈:由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。

堆:是由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。

3.申请大小的限制

栈:在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在 WINDOWS下,栈的大小是2M(也有的说是1M,总之是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。

堆:堆是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

4.堆和栈中的存储内容

栈: 在函数调用时,第一个进栈的是主函数中函数调用后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址,然后是函数的各个参数,在大多数的C编译器中,参数是由右往左入栈的,然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。 当本次函数调用结束后,局部变量先出栈,然后是参数,最后栈顶指针指向最开始存的地址,也就是主函数中的下一条指令,程序由该点继续运行。

堆:一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

堆和栈的区别可以引用一位前辈的比喻来看出:
使用栈就象我们去饭馆里吃饭,只管点菜(发出申请)、付钱、和吃(使用),吃饱了就走,不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作,他的好处是快捷,但是自由度小。使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴,比较麻烦,但是比较符合自己的口味,而且自由度大。

局部变量指针

如果不了解程序栈如何工作,就很容易犯返回指向局部数据指针的错误,看下面的例子:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int* allocateArray(int size, int value)
{
    int arr[size];
    for(int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] = value;
    }
    return arr;
}
int main()
{
    int* vector = allocateArray(5, 45);
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", vector[i]);
    }
    return 0;
}

一旦函数返回,返回的数组地址也就无效,因为函数的栈帧从栈中弹出了

有一种方法是把arr变量声明为static,这样会把变量的作用域现在在函数内部,但是分配在栈帧的外面,避免其他函数覆写变量值

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int* allocateArray(int size, int value)
{
    static int arr[10];
    for(int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] = value;
    }
    return arr;
}
int main()
{
    int* vector = allocateArray(5, 45);
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", vector[i]);
    }
    return 0;
}

返回指针

从函数返回对象经常使用以下两种技术:

  • 使用malloc在函数内部分配内存并返回其地址,调用者负责释放返回的内存
  • 传递一个对象给函数,让函数修改它,这样分配和释放对象的内存都是调用者的责任
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int* allocateArray(int size, int value)
{
    int* arr  = (int*)malloc(size * sizeof(int));
    for(int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] = value;
    }
    return arr;
}
int main()
{
    int* vector = allocateArray(5, 45);
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", vector[i]);
    }
    free(vector);
    return 0;
}

下面这个版本的allocateArray函数传递了一个数组指针、数组的长度和用来初始化数组元素的值,返回指针只是为了方便

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int* allocateArray(int *arr, int size, int value)
{
    if(arr != NULL) {
        for(int i = 0; i < size; i++) {
            arr[i] = value;
        }
    }
    return arr;
}
int main()
{
    int* vector = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
    allocateArray(vector, 5, 45);
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", vector[i]);
    }
    free(vector);
    return 0;
}

传递指针的指针

将指针传递给函数的时候,传递的是值,如果希望修改原指针而不是指针的副本,就需要传递指针的指针

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void allocateArray(int **arr, int size, int value)
{
    *arr = (int*)malloc(size * sizeof(int));
    if(arr != NULL) {
        for(int i = 0; i < size; i++) {
            *(*arr + i) = value;
        }
    }
}
int main()
{
    int* vector = NULL;
    allocateArray(&vector, 5, 45);
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d\n", vector[i]);
    }
    free(vector);
    return 0;
}

二叉树递归实现与二重指针

二叉树的诸多操作往往是通过递归调用来实现的,这就决定,不能只通过main函数实现全部过程,其中还需要调用main外定义的函数。也因此,对main调用外定义的函数的参数传递,就有了严格的要求。在网上查找很多关于二叉树建立的程序,但直接拷贝在自己计算机上运行却发现不少错误,无法编译通过。以下有关代码编译通过,不涉及二叉树的全部操作,着重通过C语言实现二叉树的创建过程说明递归实现与二重指针的相关问题。

1、二叉树的定义

二叉树的定义结构通常为如下形式:

typedef struct Node
{
    char ch;
    struct Node *lchild,*rchild;
}Node,*BTree;

Node一般可用来定义二叉树节点,而*BTree可用来定义指向二叉树(根节点)的指针

2、内存动态分配

采用内存动态分配需要用到malloc函数。值得注意的是,该函数在成功开辟新的内存时,默认返回void*指针,因此需要强制转换成Node*形式,其调用形式如(Node*)malloc(sizeof(Node))

3、递归调用

因为递归调用的需要,二叉树的一些操作需要独立作为一个函数。但是,这些函数是在main中调用,因此传递的参数和返回的值的处理是非常重要的。另外注意,对二叉树的操作,首先就需要知道二叉树的入口,即指向二叉树的指针,也即指向二叉树根节点的指针。因此,所传递的参数,则为指向根节点的指针。又因为涉及分配内存的操作,必须传递二级指针,如下程序,CreateTree函数可以是由返回值,也可以不具有返回值(因为传递的是地址)。在main函数中作了测试,返回的值为二叉树根节点的值。

void CreateTree(Node** pTree) 
{
    char ch;
    scanf("%c",&ch);
    if(chr == '#') {
        (*pTree) = NULL;
    } else {
        if(!((*pTree) = (Node*)malloc(sizeof(Node)))) {
            exit(OVERFLOW);
        }
        (*pTree)->ch = chr;
    CreateTree(&((*pTree)->lchild));
    CreateTree(&((*pTree)->rchild));
    }
}

参考资料:

《C专家编程》

《C和指针》

如果文章对您有帮助,欢迎点击下方按钮打赏作者

Comments

No comments yet.
To verify that you are human, please fill in "七"(required)