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技能[测试人也Code]指针(四)500+次围观

本文是指针系列文章完结篇,本文会涉及到的内容:
指针和结构类型的关系、指针和函数的关系、指针类型转换、指针的安全问题。

指针和结构类型的关系

可以声明一个指向结构类型对象的指针:

//声明结构对象ss,并把ss 的成员初始化为20,30 和40。
struct MyStruct{
  int a;
  int b;
  int c;
};
struct MyStruct ss={20,30,40};

//声明了一个指向结构对象ss 的指针。它的类型是MyStruct *,它指向的类型是MyStruct。
struct MyStruct *ptr=&ss;

//声明了一个指向结构对象ss 的指针。但是pstr 和它被指向的类型ptr 是不同的。
int *pstr=(int*)&ss;

请问怎样通过指针ptr 来访问ss 的三个成员变量?
答案:

ptr->a; //指向运算符,或者可以这们(*ptr).a,建议使用前者
ptr->b;
ptr->c;

又请问怎样通过指针pstr 来访问ss 的三个成员变量?
答案:

*pstr;      //访问了ss 的成员a。
*(pstr+1);  //访问了ss 的成员b。
*(pstr+2);  //访问了ss 的成员c。

但是要知道,这样使用pstr来访问结构成员是不正规的,为了说明为什么不正规,让我们看看怎样通过指针来访问数组的各个单元: (将结构体换成数组)

int array[3]={35,56,37};
int *pa=array;
//通过指针pa 访问数组array 的三个单元的方法是:
*pa;     //访问了第0 号单元
*(pa+1); //访问了第1 号单元
*(pa+2); //访问了第2 号单元

从格式上看倒是与通过指针访问结构成员的不正规方法的格式一样。
所有的C/C++编译器在排列数组的单元时,总是把各个数组单元存放在连续的存储区里,单元和单元之间没有空隙。但在存放结构对象的各个成员时,在某种编译环境下,可能会需要字对齐或双字对齐或者是别的什么对齐,需要在相邻两个成员之间加若干个”填充字节”,这就导致各个成员之间可能会有若干个字节的空隙。

所以,在例子中,即使*pstr 访问到了结构对象ss 的第一个成员变量a,也不能保证*(pstr+1)就一定能访问到结构成员b。因为成员a和成员b之间可能会有若干填充字节,说不定*(pstr+1)就正好访问到了这些填充字节呢。这也证明了指针的灵活性。要是你的目的就是想看看各个结构成员之间到底有没有填充字节,嘿,这倒是个不错的方法。不过指针访问结构成员的正确方法应该是象例十二中使用指针ptr的方法。

指针和函数的关系

可以把一个指针声明成为一个指向函数的指针:

int fun1(char *,int);
int (*pfun1)(char *,int);
pfun1=fun1;
int a=(*pfun1)("abcdefg",7); //通过函数指针调用函数。

可以把指针作为函数的形参。在函数调用语句中,可以用指针表达式来作为实参。

int fun(char *);
int a;
char str[]="abcdefghijklmn";
a=fun(str);
int fun(char *s){
  int num=0;
  for(int i=0;;){
    num+=*s;s++;
  }
  return num;
}

这个例子中的函数fun 统计一个字符串中各个字符的ASCII码值之和。前面说了,数组的名字也是一个指针。在函数调用中,当把str作为实参传递给形参s 后,实际是把str的值传递给了s,s所指向的地址就和str 所指向的地址一致,但是str 和s 各自占用各自的存储空间。在函数体内对s进行自加1 运算,并不意味着同时对str进行了自加1运算。

指针类型转换

当我们初始化一个指针或给一个指针赋值时,赋值号的左边是一个指针,赋值号的右边是一个指针表达式。在我们前面所举的例子中,绝大多数情况下,指针的类型和指针表达式的类型是一样的,指针所指向的类型和指针表达式所指向的类型是一样的。

float f=12.3;
float *fptr=&f;
int *p;

在上面的例子中,假如我们想让指针p指向实数f,应该怎么办?是用下面的语句吗?

p=&f;

不对。因为指针p 的类型是int *,它指向的类型是int。表达式&f的结果是一个指针,指针的类型是float *,它指向的类型是float。两者不一致,直接赋值的方法是不行的。至少在我的MSVC++6.0 上,对指针的赋值语句要求赋值号两边的类型一致,所指向的类型也一致,其它的编译器上我没试过,大家可以试试。为了实现我们的目的,需要进行”强制类型转换”:

p=(int*)&f;

如果有一个指针p,我们需要把它的类型和所指向的类型改为TYPE *TYPE, 那么语法格式是:(TYPE *)p;
这样强制类型转换的结果是一个新指针,该新指针的类型是TYPE *,它指向的类型是TYPE,它指向的地址就是原指针指向的地址。而原来的指针p的一切属性都没有被修改。(切记)

一个函数如果使用了指针作为形参,那么在函数调用语句的实参和形参的结合过程中,必须保证类型一致,否则需要强制转换

void fun(char*);
int a=125,b;
fun((char*)&a);
void fun(char*s){
  charc;
  c=*(s+3);*(s+3)=*(s+0);*(s+0)=c;
  c=*(s+2);*(s+2)=*(s+1);*(s+1)=c;
}

注意这是一个32 位程序,故int 类型占了四个字节,char 类型占一个字节。函数fun 的作用是把一个整数的四个字节的顺序来个颠倒。注意到了吗?在函数调用语句中,实参&a 的结果是一个指针,它的类型是int *,它指向的类型是int。形参这个指针的类型是char *,它指向的类型是char。这样,在实参和形参的结合过程中,我们必须进行一次从int *类型到char *类型的转换。结合这个例子,我们可以这样来想象编译器进行转换的过程:编译器先构造一个临时指针char *temp,然后执行temp=(char *)&a,最后再把temp 的值传递给s。所以最后的结果是:s 的类型是char *,它指向的类型是char,它指向的地址就是a的首地址。

我们已经知道,指针的值就是指针指向的地址,在32 位程序中,指针的值其实是一个32 位整数。那可不可以把一个整数当作指针的值直接赋给指针呢?就象下面的语句:

unsigned int a;
TYPE *ptr;    //TYPE 是int,char 或结构类型等等类型。
a=20345686;
ptr=20345686; //我们的目的是要使指针ptr 指向地址20345686
ptr=a;        //我们的目的是要使指针ptr 指向地址20345686

编译一下吧。结果发现后面两条语句全是错的。那么我们的目的就不能达到了吗?不,还有办法:

unsigned int a;
TYPE *ptr;     //TYPE 是int,char 或结构类型等等类型。
a=N;           //N 必须代表一个合法的地址;
ptr=(TYPE*)a; //这就可以了。

严格说来这里的(TYPE *)和指针类型转换中的(TYPE *)还不一样。这里的(TYPE*)的意思是把无符号整数a 的值当作一个地址来看待。上面强调了a 的值必须代表一个合法的地址,否则的话,在你使用ptr 的时候,就会出现非法操作错误。想想能不能反过来,把指针指向的地址即指针的值当作一个整数取出来。完全可以。下面的例子演示了把一个指针的值当作一个整数取出来,然后再把这个整数当作一个地址赋给一个指针:

int a=123,b;
int *ptr=&a;
char *str;
b=(int)ptr;    //把指针ptr 的值当作一个整数取出来。
str=(char*)b;  //把这个整数的值当作一个地址赋给指针str。

现在我们已经知道了,可以把指针的值当作一个整数取出来,也可以把一个整数值当作地址赋给一个指针。

指针的安全问题

看下面的例子:

char s='a';
int *ptr;
ptr=(int *)&s;
*ptr=1298;

指针ptr 是一个int *类型的指针,它指向的类型是int。它指向的地址就是s 的首地址。在32 位程序中,s 占一个字节,int 类型占四个字节。最后一条语句不但改变了s 所占的一个字节,还把和s 相临的高地址方向的三个字节也改变了。这三个字节是干什么的?只有编译程序知道,而写程序的人是不太可能知道的。也许这三个字节里存储了非常重要的数据,也许这三个字节里正好是程序的一条代码,而由于你对指针的马虎应用,这三个字节的值被改变了!这会造成崩溃性的错误。
让我们再来看一例:

char a;
int *ptr=&a;
ptr++;
*ptr=115;

该例子完全可以通过编译,并能执行。但是看到没有?第3 句对指针ptr 进行自加1 运算后,ptr 指向了和整形变量a 相邻的高地址方向的一块存储区。这块存储区里是什么?我们不知道。有可能它是一个非常重要的数据,甚至可能是一条代码。而第4 句竟然往这片存储区里写入一个数据!这是严重的错误。所以在使用指针时,程序员心里必须非常清楚:我的指针究竟指向了哪里。在用指针访问数组的时候,也要注意不要超出数组的低端和高端界限,否则也会造成类似的错误。

在指针的强制类型转换:ptr1=(TYPE *)ptr2 中,如果sizeof(ptr2的类型)大于sizeof(ptr1 的类型),那么在使用指针ptr1 来访问ptr2所指向的存储区时是安全的。如果sizeof(ptr2 的类型) 小于sizeof(ptr1 的类型),那么在使用指针ptr1 来访问ptr2 所指向的存储区时是不安全的。至于为什么,读者结合例十八来想一想,应该会明白的。

over…

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