C/C++之指標(pointer)，參考(reference) 觀念整理與常見問題 ...

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-------------------------------- 很多程式員說：學C/C++而不會使用指標，相當於沒學過C/C++。

本文針對C/C++中，指標與參考的常見問題或錯誤，做了一番整理，但求能達到拋磚引玉之效。

如有疏漏或錯誤之處，尚請不吝告知指教。

目錄 何謂指標(pointer)?何謂參考(reference)? call byvalue?callbyaddress(或callby pointer)?callbyreference?--swap(int*a,int*b)v.s.swap(int &a,int&b) pointer topointer,referencetopointer(int**v.s.int*&) function pointer void **(*d)(int&,char**(*)(char*,char**))....如何看懂複雜的宣告… 1.何謂指標 (pointer)?何謂參考(reference)? 我們先談指標(pointer)。

指標，其實也只是一個變數，只是這個變數的意義是：指向某個儲存位址。

很玄嗎?一點也不。

下面這張圖就可以輕易的看出指標為何物。

圖中，a,b,c,d,p1,p2都是一般的變數，儲存在記憶體(memory)中。

其中，p1變數所記載的值是變數a的記憶體(memory)位址，而p2則記載著b的記憶體位址，像這樣的狀況，我們就稱p1是一個指向a的指標，相同的，p2是一個指向b的指標。

在C/C++中，我們用下面的式子來表示這個關係： int*p1=&a; int*p2=&b; 其中的&，稱為addressof(取址)。

即，p1=addressofa，p2=addressofb。

另一個符號*，代表的意義是指標。

int*p1 要由後往前閱讀來瞭解它的意義：p1isapointerpointstoaninteger。

因此， int*p1=&a; 這整行，我們可以看成：p1isapointerpointstointegervariablea，即：p1是一個指標，指向整數變數a。

且讓我們暫時打住指標的討論，轉頭看看參考(reference)。

參考，可以想像成是一個變數或物件的別名(alias)。

通常，當函式(function)的參數(parameter)在函式中會被修改，而且要把這個修改結果讓呼叫函式的部份繼續使用，我們會用參考來當參數傳入函式中。

讓我們看看下面的例子： voidswap(int&a,int&b){ inttmp=a; a=b; b=tmp; } 當其他程式呼叫此交換程式時，只要直接寫swap(x,y)就能交換x與y的值。

在這裡，a和b為x與y的別名，即：a就是x，b就是y，如同美國國父就是華盛頓一樣。

a和b不是x和y的複製品，任何做用在a與b上的動作都會反應在x與y上面，反之亦然。

指標和參考之所以難懂，有很大一部份的原因是符號上的陌生所致。

加上&既能用於取址又能用於參考，容易造成初學者的混淆。

下面我們提供幾個建議來幫助各位看懂這些符號。

把int*p視為int*p。

把int和*連在一起看，當作是一種型態叫做"指向整數之指標"，要比int*p自然得多。

同樣的方式也可以套在char*p或void*p等。

但要注意的是下面的狀況： int*p,q; 不要把這行誤解成p,q都是指向int之指標，事實上，q只是一個int變數。

上面這行相當於 int*p,q; 或 int*p;intq; 如果p,q都要宣告成指向int之指標，應寫成： int*p,*q 或者干脆分兩行寫： int*p; int*q;   若&前面有資料型態(ex:int&)，則為參考，&前面有等號(ex:int*p=&a)，則為取址。

由於&同時具有多種意義，因此容易造成混淆。

這裡列出的這個方法，可以幫助弄清楚每個&的意義。

2.callbyvalue?callbyaddress(或callbypointer)?callbyreference?--swap(int*a, int*b)v.s.swap(int&a,int&b) JAVA中的reference與C++的reference意義上並不相同，卻使用同一個字，這也是reference容易造成混淆的原因。

在此，我們暫不考慮JAVA中reference的觀念(關於java中reference的觀念，請參考Reference inJAVA--淺談java的指標)，純粹把主題放在C/C++上。

呼叫副函式時，callbyvalue,address,或reference是三種不同的參數傳遞方式。

其意義如下： callbyvalue 假設函式A呼叫函式B(p,q)，則B中的p和q是「複製」自函式A所傳入的參數，B中對p,q所做的任何運算都不會影響到A中的p和q，因為B執行完後，並不會把複製的p,q存回到A中。

這種參數傳遞方式，我們稱之為callbyvalue。

以swap這個常見的函式為例，若swap寫成下面的樣子： voidswap(inta,intb){ inttmp=a; a=b; b=tmp; } 則呼叫 swap(x,y) 後，x和y的值並不會有變化。

callbyaddress(或callbypointer) 利用指標來做參數傳遞，這種方法骨子裡仍是callbyvalue，只不過callbyvalue的value，其資料型態為指標罷了。

我們同樣看看用callbyaddress來寫swap交換兩個integer的例子。

voidswap(int*a,int*b){ inttmp=*a; *a=*b; *b=tmp; } 呼叫swap時，要寫成swap(&x,&y)。

呼叫swap時，x的指標(x的儲存位置)與y的指標(y的儲存位置)會被複製一份到swap中，然後把該位置內所記載的值做更換。

swap結束後，&x(addressofx)和&y(addressofy)依然沒變，只是addressofx所記錄之變數值與addressofy所記錄之變數值交換了。

因為&x和&y其實是利用callbyvalue在傳，因此，callbyaddress其實骨子裡就是callbyvalue。

callbyreference 這是C++才加進來的東西，C本身並沒有callbyreference。

callbyreference基本上是把參數做個別名(alias)，以下面的swap為例： swap(int&a,int&b){ inttmp=a; a=b; b=tmp; } 未來使用時，只要呼叫swap(x,y)，就可以讓x和y的值交換。

在這個例子中，a就是x,b就是y。

這個觀念在上一節已經提過，在此不再贅述。

3.pointertopointer,referencetopointer(int**v.s.int*&) 當我們用call bypointer(或address)來傳遞參數時，被呼叫的函式複製一份pointer的值過去。

但是，當我們想在函式內改變pointer的值(而非pointer所指向之變數的值)，而且改變的效果要能在函式外看得到時，callbypointer就不足夠用了。

此時應該用的是"callby pointertopointer"或"callbyreferenceto pointer"。

我們先看下面的例子： intg_int=0; voidchangePtr(int*pInt){ pInt=&g_int; } voidmain(){ intlocalInt=1; int*localPInt=&localInt; changePtr(localPInt); printf("%d\n",*localPInt); } 在這個例子中，印出來的數字仍然會是localInt的1，因為changPtr中的pInt是由localPInt「複製」過去的，對pInt做改變並不會反應到localPInt身上。

我們先用pointertopointer對localPInt做改變，請看下例。

intg_int=0; voidchangePtr(int**pInt){ *pInt=&g_int; } voidmain(){ intlocalInt=1; int*localPInt=&localInt; changePtr(&localPInt); printf("%d\n",*localPInt); } 本例中，印出來的數字會是g_int的0。

changePtr函式中的pInt是由&localPInt複製所得，因此對pInt做改變並不會影響main中的&localPInt (資料型態：pointertopointertointeger)。

但在changePtr函式中我們改變的對象是pInt所指向的內容，因此這項改變在main中會顯示出來。

同樣的功能，我們也可改用referencetopointer來完成。

但同樣切記，reference是C++才有的功能，因此referencetopointer也只能在支援C++的環境中使用。

intg_int=0; voidchangePtr(int*&refPInt){ refPInt=&g_int; } voidmain(){ intlocalInt=1; int*localPInt=&localInt; changePtr(localPInt); printf("%d\n",*localPInt); } 這段程式印出來的數字會是0。

因為在changePtr中，我們宣告的參數型態為int*&，即：referencetopointertointeger。

因此，main中的localPInt與changePtr函式中的refPInt其實是「同一件東西」。

另一種常見的混淆是pointerarray(指標陣列)與pointertopointers，因為兩種都可以寫成**的型式。

如，int**可能是pointertopointertointeger，也可能是integerpointerarray。

但pointerarray的觀念相對來講要簡單且直觀許多，這裡我們就暫不花篇幅敘述。

常見的例子：main(intargc,char**argv)其實應該是main(int argc,char*argv[])。

4.functionpointer 變數的指標指向變數的位址，同樣的，functionpointer(函式指標)也是指向函式的位址的指標。

函式指標的加入，讓C/C++的符號更複雜，也使更多人望之而卻步。

在說明函式指標的用途前，我們先直接由語法來看看函式指標該怎麼宣告、怎麼理解。

假設有個函式長成下面的樣子： voidfunc1(intint1,charchar1); 我們想宣告一個能指向func1的指標，則寫成下面這樣： void(*funcPtr1)(int,char); 這樣的寫法應理解成：funcPtr1是一個函數指標，它指向的函數接受int與char兩個參數並回傳void。

如果今天有另一個函式長成 voidfunc2(intint2,charchar2); 則funcPtr1也能指向func2。

指標指向的方法，寫成下面這樣： funcPtr1=&func1; 取址符號省略亦可，效果相同： funcPtr1=func1; 若欲在宣告時就直接給予初值，則寫成下面這樣： void(*funcPtr1)(int,char)=&func1;   //&亦可省略 stdlib.h中提供的qsort函式是函式指標最常見的應用之一。

此函式之prototype長得如下： voidqsort(void*base,size_tn,size_tsize,int(*cmp)(constvoid*, constvoid*)); 其中的int(*cmp)(constvoid*,constvoid*)就使用到函式指標。

函式指標常見的使用時機是multithread時。

函數指標負責把函數傳進建立執行緒的API中。

另外，callbackfunction也是常使用函式指標的地方。

所謂callbackfunction即：發生某事件時，自動執行某些動作。

在event driven的環境中，便時常使用callbackfunction來實現此機制。

事實上，函式指標還能讓C語言實作polymorphism。

但礙於篇幅，在此不再詳述。

5.void**(*d)(int&,char**(*)(char*,char**))....如何看懂複雜的宣告… 在這裡，我們介紹兩種方式來看懂複雜的宣告。

第一種要判斷的是：常數與指標混合使用時，到底const修飾的是指標還是指標所指的變數?第二種是面對如標題所示這種複雜的宣告時，我們要怎麼讀懂它。

5.1常數與指標的讀法 constdouble*ptr; double*constptr; doubleconst*ptr; constdouble*constptr; 以上幾個宣告，到底const修飾的對象是指標，還是指標所指向的變數呢? 其實，關鍵在於：*與const的前後關係! 當*在const之前，則是常數指標，反之則為常數變數。

因此， constdouble*ptr;   //ptr指向常數變數 double*constptr;   //ptr是常數指標 doubleconst*ptr;   //ptr指向常數變數 constdouble*constptr;   //指向常數變數的常數指標 事實上，在TheC++ProgrammingLanguage中有提到一個簡單的要訣：由右向左讀!!讓我們用這個要訣再來試一次。

constdouble*ptr;   //ptrisa pointerpointstodouble,whichisaconstant double*constptr;   //ptrisa constantpointerpointstodouble doubleconst*ptr;   //ptrisapointer pointstoconstantdouble constdouble*constptr;   //ptrisa constantpointerpointstodouble,whichisaconstant 結果完全相同:-) 5.2複雜宣告的讀法void**(*d)(int&,char**(*)(char*, char**))....... 其實閱讀C/C++中複雜的宣告有點像是讀英文的長句子，看多了，自然知道句子是怎麼構造出來的。

但對於句子還不熟的人，難免得藉助文法來拆解一個句子。

關於C語言複雜宣告的解析文法，最令我印象深刻的，莫過於印度工程師Vikram的"Theright-leftrule"。

他是這麼說的： 「從最內層的括號讀起，變數名稱，然後往右，遇到括號就往左。

當括號內的東西都解讀完畢了，就跳出括號繼續未完成的部份，重覆上面的步驟直到解讀完畢。

」 舉個例子：void**(*d)(int&,char*)依下面方式解讀： 1.最內層括號的讀起，變數名稱:d 2.往右直到碰到):(空白) 3.往左直到碰到(:是一個函數指標 4.跳出括號，往右，碰到(int&,char*):此函式接受兩個參數：第一個參數是referencetointeger，第二個參數是characterpointer。

5.往左遇上void**:此函式回傳的型態為pointer topointertovoid。

==>d是一個函式指標，指向的函式接受int&和char*兩個參數並回傳void**的型態。

如何，是不是好懂很多了呢? 標題中的void**(*d)(int&,char**(*)(char*,char **))其實和上面的例子幾乎一樣，只是函式的第二個參數又是一個函式指標，接受char*和char**兩個參數並回傳char**的型態。

行文至此，把指標和參考的常見問題與混淆大致地提了一些。

希望能讓使用C/C++的人在面對或使用指標、參考、或取址時，不再有疙瘩在心中。

文中若有不足或錯誤之處，也請高手不吝指教囉。

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