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

同樣是面試考題整理這也是我覺得寫得很好的一篇出自: http://sandwichc-life.blogspot.com/2007/10/cc-pointer-reference.html 原文如下. CONY的世界 跳到主文 在這裡我不是要向大家講述我的生活，只是想留著一些回憶 部落格全站分類：生活綜合 相簿 部落格 留言 名片 May16Wed201221:01 C/C++之指標(pointer)，參考(reference)觀念整理與常見問題 同樣是面試考題整理這也是我覺得寫得很好的一篇出自:  http://sandwichc-life.blogspot.com/2007/10/cc-pointer-reference.html 原文如下 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)?callbyvalue?callbyaddress(或callbypointer)?callbyreference?--swap(int*a,int*b)v.s.swap(int&a,int&b)pointertopointer,referencetopointer(int**v.s.int*&)functionpointervoid**(*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ReferenceinJAVA--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callbypointer(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"callbypointertopointer"或"callbyreferencetopointer"。

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(intargc,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eventdriven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;  //ptrisapointerpointstodouble,whichisaconstantdouble*constptr;  //ptrisaconstantpointerpointstodoubledoubleconst*ptr;  //ptrisapointerpointstoconstantdoubleconstdouble*constptr;  //ptrisaconstantpointerpointstodouble,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:d2.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pointertopointertovoid。

==>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。

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