常指针、函数指针、结构体内部指针、通用指针原理解读

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[Mac-10.7.1 Lion Intel-based, gcc 4.2.1]

Q： 指针到底是什么？

A： 有一天，你初到合肥，要到一个地方，但是路线不熟悉。遂问了一个路人，请问乌邦托在哪里？路人答曰：向南走即可。这个回答就像指针一样，告诉你一个方向。但是，到底向南多少，这就像是指针类型决定的大小。

Q： 看到那个const修饰指针的时候，老是搞不清楚到底是指针是常量还是指针指向的变量是常量？

A： 其实很简单，采用从右向左的读法即可搞定这些。如下例子：

#include <stdio.h>


int main (int argc, const char * argv[])
{
    int i = 100;
    const int *pi = &i;
    *pi = 200;


    return 0;
}

保存为const.c, 使用

gcc -o const const.c编译：

可以看到编译错误，表明pi是个不可更改其指向数据的指针。按照上面的从右读的原则即为：

const int * pi

常量 整形 指向 pi

读为： pi指向整形常量，即pi指向什么变量可以改变，但是指向的变量的值不可改变。

当然，使用类型方法，const int *pi和 int const *pi的含义是一致的。

如下代码就是ok的：

#include <stdio.h>


int main()
{
    int i = 100, j = 200;
    const int *pi = &i;
    pi = &j;
    return 0;
}

编译ok.

另外一种情况：

#include <stdio.h>


int main()
{
    int i = 100, j = 200;
    int *const pi = &i;
    pi = &j;
    return 0;
}

编译：

可以看到，编译错误表示pi是只读的，不可以更改pi的值。再使用从右向左的读法：

int * const pi

整形 指向 常 pi

读为： pi常指向整形

这也意味着，pi的值不能更改，但是没有意味着pi指向的数据不可以更改。

#include <stdio.h>


int main()
{
    int i = 100, j = 200;
    int *const pi = &i;
    *pi = j;
    return 0;
}

如上代码，编译ok.

Q： 看过很多代码中含有函数指针，它的本质是什么？

A： 它的本质即为一个指针，理论上函数的地址在编译期即可计算得到(当然在链接或者运行时还可能有重新定位)。先看一个简单的例子：

#include <stdio.h>
#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));


int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}


int main()
{
    int (*func)(int, int) = add;
    PRINT_D(func(1, 2))
    return 0;
}

保存为func_ptr.c, 编译运行：

分析下代码：

int (*func)(int, int)表示声明一个函数指针，它的参数是2个整形，返回值为1个整形；什么地方能体现出是函数指针呢？就在于func前面的*号。

= add; 表示此指针指向add函数。c语言的编译原则是函数编译之后可以确定当前编译状态的地址。为了确定，我们查看下汇编代码：

gcc -S func_ptr.c得到汇编（部分）：

_add:
Leh_func_begin1:
	pushq	%rbp
Ltmp0:
	movq	%rsp, %rbp
Ltmp1:
	movl	%edi, -4(%rbp)
	movl	%esi, -8(%rbp)
	movl	-4(%rbp), %eax
	movl	-8(%rbp), %ecx
	addl	%ecx, %eax
	movl	%eax, -16(%rbp)
	movl	-16(%rbp), %eax
	movl	%eax, -12(%rbp)
	movl	-12(%rbp), %eax
	popq	%rbp
	ret
Leh_func_end1:


	.globl	_main
	.align	4, 0x90
_main:
Leh_func_begin2:
	pushq	%rbp
Ltmp2:
	movq	%rsp, %rbp
Ltmp3:
	subq	$16, %rsp
Ltmp4:
	leaq	_add(%rip), %rax
	movq	%rax, -16(%rbp)
	movq	-16(%rbp), %rax
	movl	$1, %ecx
	movl	$2, %edx
	movl	%ecx, %edi
	movl	%edx, %esi
	callq	*%rax

可以看到_add在汇编代码中是一个标号，标号就意味着是一个地址。callq *%rax可以看到，这是调用add函数。

Q： 用add赋值给func的时候，为什么不用&add, 不是要取函数的地址么？

A： 是的， 这样也可以，不过函数本身就可以看成地址，它们效果一样的。

#include <stdio.h>
#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
#define PRINT_P(ptr)        printf("%10s is %p\n", (#ptr), (ptr));
typedef int (*func)(int, int);


int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}


int main()
{
    PRINT_P(add)
    PRINT_P(&add)
    return 0;
}

运行：

Q： int (*func)(int, int)这种写法有点复杂吧。

A： 是的，避免写很多这种代码，可以使用typedef来定义一个函数指针。

#include <stdio.h>
#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
typedef int (*func)(int, int);


int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}


int main()
{
    func add_func = add;
    PRINT_D(add_func(1, 2))
    return 0;
}

Q： 结构体里面不也是可以含有函数指针的么？这里的函数指针的作用是什么呢？

A： 是的，可以含有。在结构体的函数指针一般为结构体数据服务的，它的实现可以模拟面向对象语言的类的功能。实际上，正因为有了指针，整个编程世界才变得很精彩，很多模拟方式都是通过指针达到的。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define PRINT_D(intValue)   printf(#intValue" is %d\n", (intValue));
#define PRINT_S(str)        printf(#str" is %s\n", (str));


typedef struct Student
{
    int     age;
    char    name[32];
    int     (*get_age)(struct Student *s);
    void    (*set_age)(struct Student *s, int new_age);
    char    *(*get_name)(struct Student *s);
    void    (*set_name)(struct Student *s, char *new_name);
}Student;


int student_get_age(struct Student *s)
{
    return s->age;
}
void    student_set_age(struct Student *s, int new_age)
{
    s->age = new_age;
}


char    *student_get_name(struct Student *s)
{
    return s->name;
}


void    student_set_name(struct Student *s, char *new_name)
{
    memset(s->name, 0, sizeof(s->name));
    strncpy(s->name, new_name, sizeof(s->name));
}


int main()
{
    Student s;
    s.get_age = student_get_age;
    s.set_age = student_set_age;
    s.get_name = student_get_name;
    s.set_name = student_set_name;
    student_set_age(&s, 25);
    student_set_name(&s, "xichen");
    PRINT_D(student_get_age(&s))
    PRINT_S(student_get_name(&s))
    return 0;

编译运行：

Q： 好像这个数组和指针的联系还是挺多的，下面的代码为什么输出的值不对？

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define	PRINT_D(intValue)	printf(#intValue" is %d\n", (intValue));


void    print_arr_size(int arr[3])
{
    PRINT_D(sizeof(arr))
}


int main()
{
    int arr[3] = {1, 2, 3};
    print_arr_size(arr);
    return 0;
}

运行结果：

A： 这是因为数组形式作为参数会被退化成指针导致的，也就是说print_arr_size函数的参数int arr[3]其实等同于int *arr, 所以sizeof(arr)的值是指针的大小(笔者的平台指针大小为8)。

Q： 常常看到函数的原型中有void *, 它到底代表什么？

A： 比如，

void	*malloc(size_t);

申请空间，返回对应的指针；但是到底是什么类型的指针，此函数不能确定，是需要外部调用者来确定；所以，void *可以看成通用型指针，其它类型的指针均可以赋值给void *类型指针；而且，void *类型指针都可以通过强制转换变成需要的指针；用面向对象的思想来解释，void *是基类， char *, int *等都是子类。

char *p = (char *)malloc(32);

其它类型指针转换成void *的例子：

#include <stdio.h>
#define	PRINT_D(intValue)	printf(#intValue" is %d\n", (intValue));


int main()
{
    int i = 1;
    void    *p = &i;
    PRINT_D(*(int *)p)
    return 0;
}

当然，void *只是表示一种通用指针，到底此指针是什么类型的不确定，所以不能直接对void *类型变量的数据进行直接操作。

微风不燥，阳光正好，你就像风一样经过这里，愿你停留的片刻温暖舒心。

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