C指针的使用技巧有哪些

这篇文章主要讲解了“C指针的使用技巧有哪些”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“C指针的使用技巧有哪些”吧！

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1. 开胃菜：修改主调函数中的数据

// 交换 2 个 int 型数据 void demo1_swap_data(int *a, int *b) {     int tmp = *a;     *a = *b;     *b = tmp; }  void demo1() {     int i = 1;     int j = 2;     printf("before: i = %d, j = %d \n", i, j);     demo1_swap_data(&i, &j);     printf("after:  i = %d, j = %d \n", i, j); }

这个代码不用解释了，大家一看就明白。如果再过多解释的话，好像在侮辱智商。

2. 在被调用函数中，分配系统资源

代码的目的是：在被调用函数中，从堆区分配 size 个字节的空间，返回给主调函数中的 pData 指针。

void demo2_malloc_heap_error(char *buf, int size) {     buf = (char *)malloc(size);     printf("buf = 0x%x \n", buf); }  void demo2_malloc_heap_ok(char **buf, int size) {     *buf = (char *)malloc(size);     printf("*buf = 0x%x \n", *buf); }  void demo2() {     int size = 1024;     char *pData = NULL;      // 错误用法     demo2_malloc_heap_error(pData, size);     printf("&pData = 0x%x, pData = 0x%x \n", &pData, pData);      // 正确用法     demo2_malloc_heap_ok(&pData, size);     printf("&pData = 0x%x, pData = 0x%x \n", &pData, pData);     free(pData); }

2.1 错误用法

刚进入被调用函数 demo2_malloc_heap_error 的时候，形参 buff 是一个 char* 型指针，它的值等于 pData  变量的值，也就是说 buff 与 pData 的值相同(都为 NULL)，内存模型如图：

C指针的使用技巧有哪些

在被调用函数中执行 malloc 语句之后，从堆区申请得到的地址空间赋值给 buf，就是说它就指向了这个新的地址空间，而 pData  里仍然是NULL，内存模型如下：

C指针的使用技巧有哪些

从图中可以看到，pData 的内存中一直是 NULL，没有指向任何堆空间。另外，由于形参 buf  是放在函数的栈区的，从被调函数中返回的时候，堆区这块申请的空间就被泄漏了。

2.2 正确用法

刚进入被调用函数 demo2_malloc_heap_error 的时候，形参 buf 是一个 char* 型的二级指针，就是说 buf  里的值是另一个指针变量的地址，在这个示例中 buf 里的值就是 pData 这个指针变量的地址，内存模型如下：

C指针的使用技巧有哪些

在被调用函数中执行 malloc 语句之后，从堆区申请得到的地址空间赋值给 *buf，因为 buf = &pData，所以 *buf 就相当于是  pData，那么从堆区申请得到的地址空间就赋值 pData 变量，内存模型如下：

C指针的使用技巧有哪些

从被调函数中返回之后，pData 就正确的得到了一块堆空间，别忘了使用之后要主动释放。

3. 传递函数指针

从上篇文章中我们知道，函数名本身就代表一个地址，在这个地址中存储着函数体中定义的一连串指令码，只要给这个地址后面加上一个调用符(小括号)，就进入这个函数中执行。在实际程序中，函数名常常作为函数参数来进行传递。

熟悉C++的小伙伴都知道，在标准库中对容器类型的数据进行各种算法操作时，可以传入用户自己的提供的算法函数(如果不传入函数，标准库就使用默认的)。

下面是一个示例代码，对一个 int 行的数组进行排序，排序函数 demo3_handle_data  的最后一个参数是一个函数指针，因此需要传入一个具体的排序算法函数。示例中有 2 个候选函数可以使用：

  • 降序排列: demo3_algorithm_decend;

  • 升序排列: demo3_algorithm_ascend;

typedef int BOOL; #define FALSE 0 #define TRUE  1  BOOL demo3_algorithm_decend(int a, int b) {     return a > b; }  BOOL demo3_algorithm_ascend(int a, int b) {     return a < b; }  typedef BOOL (*Func)(int, int); void demo3_handle_data(int *data, int size, Func pf) {     for (int i = 0; i < size - 1; ++i)     {         for (int j = 0; j < size - 1 - i; ++j)         {             // 调用传入的排序函数             if (pf(data[j], data[j+1]))             {                 int tmp = data[j];                 data[j] = data[j + 1];                 data[j + 1] = tmp;             }         }     } }  void demo3() {     int a[5] = {5, 1, 9, 2, 6};     int size = sizeof(a)/sizeof(int);     // 调用排序函数，需要传递排序算法函数     //demo3_handle_data(a, size, demo3_algorithm_decend); // 降序排列     demo3_handle_data(a, size, demo3_algorithm_ascend);   // 升序排列     for (int i = 0; i < size; ++i)         printf("%d ", a[i]);     printf("\n"); }

这个就不用画图了，函数指针 pf 就指向了传入的那个函数地址，在排序的时候
直接调用就可以了。

4. 指向结构体的指针

在嵌入式开发中，指向结构体的指针使用特别广泛，这里以智能家居中的一条控制指令来举例。在一个智能家居系统中，存在各种各样的设备(插座、电灯、电动窗帘等)，每个设备的控制指令都是不一样的，因此可以在每个设备的控制指令结构体中的最前面，放置所有指令都需要的、通用的成员变量，这些变量可以称为指令头(指令头中包含一个代表命令类型的枚举变量)。

当处理一条控制指令时，先用一个通用命令(指令头)的指针来接收指令，然后根据命令类型枚举变量来区分，把控制指令强制转换成具体的那个设备的数据结构，这样就可以获取到控制指令中特定的控制数据了。

本质上，与 Java/C++ 中的接口、基类的概念类似。

// 指令类型枚举 typedef enum _CMD_TYPE_ {     CMD_TYPE_CONTROL_SWITCH = 1,     CMD_TYPE_CONTROL_LAMP, } CMD_TYPE;  // 通用的指令数据结构(指令头) typedef struct _CmdBase_ {     CMD_TYPE cmdType; // 指令类型     int deviceId;     // 设备 Id } CmdBase;  typedef struct _CmdControlSwitch_ {     // 前 2 个参数是指令头     CMD_TYPE cmdType;        int deviceId;          // 下面都有这个指令私有的数据     int slot;  // 排插上的哪个插口     int state; // 0:断开, 1:接通 } CmdControlSwitch;  typedef struct _CmdControlLamp_ {     // 前 2 个参数是指令头     CMD_TYPE cmdType;     int deviceId;          // 下面都有这个指令私有的数据     int color;      // 颜色     int brightness; // 亮度 } CmdControlLamp;  // 参数是指令头指针 void demo4_control_device(CmdBase *pcmd) {     // 根据指令头中的命令类型，把指令强制转换成具体设备的指令     if (CMD_TYPE_CONTROL_SWITCH == pcmd->cmdType)     {         // 类型强制转换         CmdControlSwitch *cmd = pcmd;         printf("control switch. slot = %d, state = %d \n", cmd->slot, cmd->state);     }     else if (CMD_TYPE_CONTROL_LAMP == pcmd->cmdType)     {         // 类型强制转换         CmdControlLamp * cmd = pcmd;         printf("control lamp.   color = 0x%x, brightness = %d \n", cmd->color, cmd->brightness);     } }  void demo4() {     // 指令1：控制一个开关     CmdControlSwitch cmd1 = {CMD_TYPE_CONTROL_SWITCH, 1, 3, 0};     demo4_control_device(&cmd1);      // 指令2：控制一个灯泡     CmdControlLamp cmd2 = {CMD_TYPE_CONTROL_LAMP, 2, 0x112233, 90};     demo4_control_device(&cmd2); }

5. 函数指针数组

这个示例在上篇文章中演示过，为了完整性，这里再贴一下。

int add(int a, int b) { return a + b; } int sub(int a, int b) { return a - b; } int mul(int a, int b) { return a * b; } int divide(int a, int b) { return a / b; }  void demo5() {     int a = 4, b = 2;     int (*p[4])(int, int);     p[0] = add;     p[1] = sub;     p[2] = mul;     p[3] = divide;     printf("%d + %d = %d \n", a, b, p[0](a, b));     printf("%d - %d = %d \n", a, b, p[1](a, b));     printf("%d * %d = %d \n", a, b, p[2](a, b));     printf("%d / %d = %d \n", a, b, p[3](a, b)); }

6. 在结构体中使用柔性数组

先不解释概念，我们先来看一个代码示例：

// 一个结构体，成员变量 data 是指针 typedef struct _ArraryMemberStruct_NotGood_ {     int num;     char *data; } ArraryMemberStruct_NotGood;  void demo6_not_good() {     // 打印结构体的内存大小     int size = sizeof(ArraryMemberStruct_NotGood);     printf("size = %d \n", size);      // 分配一个结构体指针     ArraryMemberStruct_NotGood *ams = (ArraryMemberStruct_NotGood *)malloc(size);     ams->num = 1;      // 为结构体中的 data 指针分配空间     ams->data = (char *)malloc(1024);     strcpy(ams->data, "hello");     printf("ams->data = %s \n", ams->data);      // 打印结构体指针、成员变量的地址     printf("ams = 0x%x \n", ams);     printf("ams->num  = 0x%x \n", &ams->num);     printf("ams->data = 0x%x \n", ams->data);      // 释放空间     free(ams->data);     free(ams); }

在我的电脑上，打印结果如下：

C指针的使用技巧有哪些

可以看到：该结构体一共有 8 个字节(int 型占 4 个字节，指针型占 4 个字节)。

结构体中的 data 成员是一个指针变量，需要单独为它申请一块空间才可以使用。而且在结构体使用之后，需要先释放 data，然后释放结构体指针  ams，顺序不能错。这样使用起来，是不是有点麻烦?

于是，C99 标准就定义了一个语法：flexible array  member(柔性数组)，直接上代码(下面的代码如果编译时遇到警告，请检查下编译器对这个语法的支持):

// 一个结构体，成员变量是未指明大小的数组 typedef struct _ArraryMemberStruct_Good_ {     int num;     char data[]; } ArraryMemberStruct_Good;  void demo6_good() {     // 打印结构体的大小     int size = sizeof(ArraryMemberStruct_Good);     printf("size = %d \n", size);      // 为结构体指针分配空间     ArraryMemberStruct_Good *ams = (ArraryMemberStruct_Good *)malloc(size + 1024);      strcpy(ams->data, "hello");     printf("ams->data = %s \n", ams->data);      // 打印结构体指针、成员变量的地址     printf("ams = 0x%x \n", ams);     printf("ams->num  = 0x%x \n", &ams->num);     printf("ams->data = 0x%x \n", ams->data);      // 释放空间     free(ams); }

打印结果如下：

C指针的使用技巧有哪些

与第一个例子中有下面几个不同点：

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  2. 结构体的大小变成了 4;

  3. 为结构体指针分配空间时，除了结构体本身的大小外，还申请了 data 需要的空间大小;

  4. 不需要为 data 单独分配空间了;

  5. 释放空间时，直接释放结构体指针即可;

是不是用起来简单多了?!这就是柔性数组的好处。

  • 从语法上来说，柔性数组就是指结构体中最后一个元素个数未知的数组，也可以理解为长度为 0，那么就可以让这个结构体称为可变长的。

  • 前面说过，数组名就代表一个地址，是一个不变的地址常量。在结构体中，数组名仅仅是一个符号而已，只代表一个偏移量，不会占用具体的空间。

另外，柔性数组可以是任意类型。这里示例大家多多体会，在很多通讯类的处理场景中，常常见到这种用法。

7. 通过指针来获取结构体中成员变量的偏移量

这个标题读起来似乎有点拗口，拆分一下：在一个结构体变量中，可以利用指针操作的技巧，获取某个成员变量的地址、距离结构体变量的开始地址、之间的偏移量。

在 Linux 内核代码中你可以看到很多地方都利用了这个技巧，代码如下：

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &(((TYPE*)0)->MEMBER))  typedef struct _OffsetStruct_ {     int a;     int b;     int c; } OffsetStruct;  void demo7() {     OffsetStruct os;     // 打印结构体变量、成员变量的地址     printf("&os = 0x%x \n", &os);     printf("&os->a = 0x%x \n", &os.a);     printf("&os->b = 0x%x \n", &os.b);     printf("&os->c = 0x%x \n", &os.c);     printf("===== \n");     // 打印成员变量地址，与结构体变量开始地址，之间的偏移量     printf("offset: a = %d \n", (char *)&os.a - (char *)&os);     printf("offset: b = %d \n", (char *)&os.b - (char *)&os);     printf("offset: c = %d \n", (char *)&os.c - (char *)&os);     printf("===== \n");     // 通过指针的强制类型转换来获取偏移量     printf("offset: a = %d \n", (size_t) &((OffsetStruct*)0)->a);     printf("offset: b = %d \n", (size_t) &((OffsetStruct*)0)->b);     printf("offset: c = %d \n", (size_t) &((OffsetStruct*)0)->c);     printf("===== \n");     // 利用宏定义来得到成员变量的偏移量     printf("offset: a = %d \n", offsetof(OffsetStruct, a));     printf("offset: b = %d \n", offsetof(OffsetStruct, b));     printf("offset: c = %d \n", offsetof(OffsetStruct, c)); }

先来看打印结果：

 C指针的使用技巧有哪些

前面 4 行的打印信息不需要解释了，直接看下面这个内存模型即可理解。

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下面这个语句也不需要多解释，就是把两个地址的值进行相减，得到距离结构体变量开始地址的偏移量，注意：需要把地址强转成 char*  型之后，才可以相减。

printf("offset: a = %d \n", (char *)&os.a - (char *)&os);

下面这条语句需要好好理解：

printf("offset: a = %d \n", (size_t) &((OffsetStruct*)0)->a);

数字 0  看成是一个地址，也就是一个指针。上篇文章解释过，指针就代表内存中的一块空间，至于你把这块空间里的数据看作是什么，这个随便你，你只要告诉编译器，编译器就按照你的意思去操作这些数据。

现在我们把 0 这个地址里的数据看成是一个 OffsetStruct 结构体变量(通过强制转换来告诉编译器)，这样就得到了一个 OffsetStruct  结构体指针(下图中绿色横线)，然后得到该指针变量中的成员变量 a(蓝色横线)，再然后通过取地址符 & 得到 a 的地址(橙色横线)，最后把这个地址强转成  size_t 类型(红色横线)。

因为这个结构体指针变量是从 0 地址开始的，因此，成员变量 a 的地址就是 a 距离结构体变量开始地址的偏移量。

上面的描述过程，如果感觉拗口，请结合下面这张图再读几遍：

C指针的使用技巧有哪些

上面这张图如果能看懂的话，那么最后一种通过宏定义获取偏移量的打印语句也就明白了，无非就是把代码抽象成宏定义了，方便调用：

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &(((TYPE*)0)->MEMBER))  printf("offset: a = %d \n", offsetof(OffsetStruct, a));

可能有小伙伴提出：获取这个偏移量有什么用啊?那就请接着看下面的示例 8。

8. 通过结构体中成员变量的指针，来获取该结构体的指针

标题同样比较拗口，直接结合代码来看：

typedef struct _OffsetStruct_ {     int a;     int b;     int c; } OffsetStruct;

假设有一个 OffsetStruct 结构体变量 os，我们只知道 os 中成员变量 c 的地址(指针)，那么我们想得到变量 os  的地址(指针)，应该怎么做?这就是标题所描述的目的。

下面代码中的宏定义 container_of 同样是来自于 Linux 内核中的(大家平常没事时多挖掘，可以发现很多好东西)。

#define container_of(ptr, type, member) ({ \      const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \      (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})  void demo8() {     // 下面 3 行仅仅是演示 typeof 关键字的用法     int n = 1;     typeof(n) m = 2;  // 定义相同类型的变量m     printf("n = %d, m = %d \n", n, m);       // 定义结构体变量，并初始化     OffsetStruct os = {1, 2, 3};          // 打印结构体变量的地址、成员变量的值(方便后面验证)     printf("&os = 0x%x \n", &os);     printf("os.a = %d, os.b = %d, os.c = %d \n", os.a, os.b, os.c);      printf("===== \n");          // 假设只知道某个成员变量的地址     int *pc = &os.c;     OffsetStruct *p = NULL;          // 根据成员变量的地址，得到结构体变量的地址     p = container_of(pc, OffsetStruct, c);          // 打印指针的地址、成员变量的值     printf("p = 0x%x \n", p);     printf("p->a = %d, p->b = %d, p->c = %d \n", p->a, p->b, p->c); }

先看打印结果：

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首先要清楚宏定义中参数的类型：

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  2. ptr: 成员变量的指针;

  3. type: 结构体类型;

  4. member：成员变量的名称;

这里的重点就是理解宏定义 container_of，结合下面这张图，把宏定义拆开来进行描述：

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宏定义中的第 1 条语句分析:

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  2. 绿色横线：把数字 0 看成是一个指针，强转成结构体 type 类型;

  3. 蓝色横线：获取该结构体指针中的成员变量 member;

  4. 橙色横线：利用 typeof 关键字，获取该 member 的类型，然后定义这个类型的一个指针变量 __mptr;

  5. 红色横线：把宏参数 ptr 赋值给 __mptr 变量;

宏定义中的第 2 条语句分析：

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  2. 绿色横线：利用 demo7 中的 offset 宏定义，得到成员变量 member 距离结构体变量开始地址的偏移量，而这个成员变量指针刚才已经知道了，就是  __mptr;

  3. 蓝色横线：把 __mptr 这个地址，减去它自己距离结构体变量开始地址的偏移量，就得到了该结构体变量的开始地址;

  4. 橙色横线：最后把这个指针(此时是 char* 型)，强转成结构体 type 类型的指针;

感谢各位的阅读，以上就是“C指针的使用技巧有哪些”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对C指针的使用技巧有哪些这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！


当前标题：C指针的使用技巧有哪些
文章起源：http://scjbc.cn/article/gicehh.html

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