對Ｃ語言指針教學(xué)問題的探究

趙忠孝　楊亞蕾

摘要:本文討論了C語言中指針的各種應(yīng)用形式,認(rèn)真分析了指針在數(shù)組、函數(shù)和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配等方面應(yīng)用的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),對如何學(xué)好和掌握C語言的指針有十分重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:指針;指針變量;數(shù)組;函數(shù);動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1引言

指針是C語言中一種特殊的數(shù)據(jù)類型,運(yùn)用指針編程是C語言最主要的風(fēng)格之一。利用指針變量可以訪問各種類型的數(shù)據(jù);能動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存空間;能很方便地使用數(shù)組和字符串;并能像匯編語言一樣處理內(nèi)存地址,編出精練而高效的程序。但是,大部分學(xué)生對指針的理解和應(yīng)用還是感到困惑,特別是什么場合用到什么類型的指針變量,應(yīng)用指針變量應(yīng)注意哪些問題等。本文對指針應(yīng)用中的一些問題進(jìn)行了梳理,以利于學(xué)生掌握指針的應(yīng)用。

2數(shù)組中指針的應(yīng)用

2.1使用指針引用數(shù)組元素的優(yōu)點(diǎn)

對數(shù)組元素既可以用下標(biāo)a[i]的方式引用,也可以用指針變量*p的方式引用。應(yīng)該說,下標(biāo)方式能對數(shù)組進(jìn)行隨機(jī)訪問,指針變量卻做不到這一點(diǎn)。但是,引入指針的主要目的是為了提高對數(shù)組元素訪問的速度。

在C語言中,數(shù)組中每一維下標(biāo)的下界定義為0。對一維數(shù)組,設(shè)a[i]的存儲(chǔ)地址為Loc(a[i]),每個(gè)數(shù)據(jù)元素占d個(gè)存儲(chǔ)地址,則第i個(gè)數(shù)據(jù)元素的地址為

Loc(a[i])=Loc(a[0])+i*d (1)

對二維數(shù)組a[m][n],a[m][n]的存儲(chǔ)地址是:

Loc(a[i][j])=Loc(a[0][0]) + ( i*n + j ) * d (2)

實(shí)際上,對數(shù)組元素的引用,都要先計(jì)算數(shù)組元素的地址,才能對指定單元進(jìn)行操作。顯然,一維數(shù)組中的地址要進(jìn)行1次乘法和1次加法運(yùn)算;二維數(shù)組中的地址則要進(jìn)行2次乘法和2次加法運(yùn)算。如果用指針變量p指向數(shù)組,連續(xù)對數(shù)組元素進(jìn)行引用,可用p++和p--來移動(dòng)指針。每次的引用地址只須進(jìn)行簡單的加法運(yùn)算,引用數(shù)組元素的速度比使用數(shù)組下標(biāo)要快得多。表1是在IBM-R40上使用下標(biāo)和指針兩種不同方式對10000個(gè)元素進(jìn)行10000次訪問的時(shí)間比較。

從測試結(jié)果看,隨著數(shù)組維數(shù)的增加,使用指針方式訪問數(shù)組的速度基本不變,但下標(biāo)方式的訪問速度明顯減慢。

2.2動(dòng)態(tài)數(shù)組的應(yīng)用

在C語言中,數(shù)組一般都是靜態(tài)的。數(shù)組已經(jīng)定義,所占用的內(nèi)存空間就一直被占用,直到該函數(shù)退出時(shí)為

止。但如果使用指針變量,就可以實(shí)現(xiàn)需要時(shí)給數(shù)組分配內(nèi)存,不需要時(shí)釋放內(nèi)存,可節(jié)約大量的內(nèi)存空間。下面的程序就是使用了指針變量,使用動(dòng)態(tài)數(shù)組的一個(gè)例子。

typedef struct

{int a[MAXSIZE];

} A;

main()

{int i;

A *p;

p=(A *)malloc(sizeof(A));/*動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存*/

…………

free(p);/*釋放內(nèi)存*/

}

3函數(shù)參數(shù)中指針的應(yīng)用

在C語言中,函數(shù)的形參是局部變量。實(shí)參和形參變量間的傳遞是值傳遞,即將實(shí)參的值傳遞給形參變量。形參在函數(shù)中如何變化,并不改變實(shí)參的值,我們稱之為單向傳遞。這種參數(shù)的單向傳遞減少了函數(shù)之間的耦合性,增加了其內(nèi)聚性,有利于結(jié)構(gòu)化編程。但是,如果調(diào)用函數(shù)想從被調(diào)函數(shù)中得到一個(gè)以上的返回值,就比較困難。當(dāng)然,通過全局變量也能實(shí)現(xiàn),但過多的使用全局變量又增加了函數(shù)之間的耦合性,不利于結(jié)構(gòu)化編程。如果實(shí)參和形參都使用指針變量,就可達(dá)到此目的。下面的程序就是使用指針變量實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變量值交換的例子。

int swap(int *p1,int *p2)

{int temp;

temp=*p1;

*p1=*p2;

*p2=temp;

}

main()

{

int a,b;

int *pointer_1,*pointer_2;

scanf("%d,%d",&a,&b);

pointer_1=&apointer_2=&b

if(a

printf(" %d,%d ",a,b);

}

需要說明的是:

(1) 實(shí)參和形參之間傳遞的仍然是值,但該值不是變量的值,而是變量的地址,如圖1所示。此時(shí),實(shí)參和形參都指向了同一變量,對形參變量所指變量值的改變也必然改變實(shí)參變量的值,如圖2所示。

(2) 但在被調(diào)函數(shù)中不能改變形參指針變量的指向,否則實(shí)參變量和形參變量各指向不同的變量。如:p=p1;p1=p2;p2=p;僅交換了形參變量的指向,實(shí)參變量的指向并沒有改變,也就是不能企圖通過改變形參指針的值而使實(shí)參指針的值也發(fā)生改變,如圖3所示。

4指向指針的指針變量的應(yīng)用

如果說指針是C語言中比較難掌握的內(nèi)容,而指針的指針則是更加難學(xué)難懂。學(xué)生往往不知道指針的指針到底應(yīng)用在哪些方面,有什么特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。

如果一組變量只能通過指針(地址)來引用,一般來說就需要用指針的指針變量來實(shí)現(xiàn)。C語言中沒有字符串變量,只能在字符數(shù)組中存儲(chǔ)字符串。對二維字符串?dāng)?shù)組的引用大都要用到指向指針的指針變量,在各種教科書都舉過這樣的例子,也就不再贅述了?，F(xiàn)在主要對指針的指針在函數(shù)參數(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

如果主調(diào)函數(shù)要得到一個(gè)以上普通變量的返回值,函數(shù)的形參可以用指針變量來實(shí)現(xiàn)。同樣,如果要返回一個(gè)改變了的指針變量的指向,形參就需要用指向指針的指針變量。比如,在對二叉排序樹的操作中,每個(gè)結(jié)點(diǎn)是一個(gè)指針變量,當(dāng)刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)后,為了使其仍能保持二叉排序樹原有的特性,必須對其余結(jié)點(diǎn)進(jìn)行整理。如果刪除的是根結(jié)點(diǎn),刪除后二叉排序樹的根結(jié)點(diǎn)就發(fā)生了變化,如圖4所示。應(yīng)該將新的根結(jié)點(diǎn)(指針變量)返回,此時(shí)形參就應(yīng)該用指向指針的指針變量。

int DeleteNode(NodeType **t,KeyType kx)

{NodeType *p=*t,*q,*s,**f;

int flag=0;

if(SearchElem(*t,&p,&q,kx)); /*查找值為kx的結(jié)點(diǎn),p指向該結(jié)點(diǎn),q指向其父結(jié)點(diǎn)*/

{flag=1; /*查找成功,置刪除成功標(biāo)志*/

…… /*確定刪除結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn)p,調(diào)整二叉排序樹*/

t= p->lc ; /*p左孩子為新根結(jié)點(diǎn)*/

ree(p);

}

return flag;

}

這樣,主調(diào)函數(shù)的實(shí)參變量就指向了二叉排序樹新的根結(jié)點(diǎn)。

5注意兩個(gè)區(qū)別

5.1數(shù)組指針變量和指針數(shù)組變量

(1) 數(shù)組指針變量

int (*p)[4];

方括號“[4]”前面(*p)不是合法的標(biāo)識(shí)符,因此(*p)[4]不是數(shù)組。定義中有*p,則p一定是指針變量,后面又有方括號“[4]”,肯定是和數(shù)組有關(guān)的指針變量。它表示p是一個(gè)指針變量,指向包含4個(gè)元素的一維數(shù)組。