C指針的使用技巧有哪些

這篇文章主要講解了“C指針的使用技巧有哪些”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“C指針的使用技巧有哪些”吧！

1. 開胃菜：修改主調(diào)函數(shù)中的數(shù)據(jù)

// 交換 2 個 int 型數(shù)據(jù) 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); }

這個代碼不用解釋了，大家一看就明白。如果再過多解釋的話，好像在侮辱智商。

2. 在被調(diào)用函數(shù)中，分配系統(tǒng)資源

代碼的目的是：在被調(diào)用函數(shù)中，從堆區(qū)分配 size 個字節(jié)的空間，返回給主調(diào)函數(shù)中的 pData 指針。

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;      // 錯誤用法     demo2_malloc_heap_error(pData, size);     printf("&pData = 0x%x, pData = 0x%x \n", &pData, pData);      // 正確用法     demo2_malloc_heap_ok(&pData, size);     printf("&pData = 0x%x, pData = 0x%x \n", &pData, pData);     free(pData); }

2.1 錯誤用法

剛進入被調(diào)用函數(shù) demo2_malloc_heap_error 的時候，形參 buff 是一個 char* 型指針，它的值等于 pData  變量的值，也就是說 buff 與 pData 的值相同(都為 NULL)，內(nèi)存模型如圖：

在被調(diào)用函數(shù)中執(zhí)行 malloc 語句之后，從堆區(qū)申請得到的地址空間賦值給 buf，就是說它就指向了這個新的地址空間，而 pData  里仍然是NULL，內(nèi)存模型如下：

從圖中可以看到，pData 的內(nèi)存中一直是 NULL，沒有指向任何堆空間。另外，由于形參 buf  是放在函數(shù)的棧區(qū)的，從被調(diào)函數(shù)中返回的時候，堆區(qū)這塊申請的空間就被泄漏了。

2.2 正確用法

剛進入被調(diào)用函數(shù) demo2_malloc_heap_error 的時候，形參 buf 是一個 char* 型的二級指針，就是說 buf  里的值是另一個指針變量的地址，在這個示例中 buf 里的值就是 pData 這個指針變量的地址，內(nèi)存模型如下：

在被調(diào)用函數(shù)中執(zhí)行 malloc 語句之后，從堆區(qū)申請得到的地址空間賦值給 *buf，因為 buf = &pData，所以 *buf 就相當于是  pData，那么從堆區(qū)申請得到的地址空間就賦值 pData 變量，內(nèi)存模型如下：

從被調(diào)函數(shù)中返回之后，pData 就正確的得到了一塊堆空間，別忘了使用之后要主動釋放。

3. 傳遞函數(shù)指針

從上篇文章中我們知道，函數(shù)名本身就代表一個地址，在這個地址中存儲著函數(shù)體中定義的一連串指令碼，只要給這個地址后面加上一個調(diào)用符(小括號)，就進入這個函數(shù)中執(zhí)行。在實際程序中，函數(shù)名常常作為函數(shù)參數(shù)來進行傳遞。

熟悉C++的小伙伴都知道，在標準庫中對容器類型的數(shù)據(jù)進行各種算法操作時，可以傳入用戶自己的提供的算法函數(shù)(如果不傳入函數(shù)，標準庫就使用默認的)。

下面是一個示例代碼，對一個 int 行的數(shù)組進行排序，排序函數(shù) demo3_handle_data  的最后一個參數(shù)是一個函數(shù)指針，因此需要傳入一個具體的排序算法函數(shù)。示例中有 2 個候選函數(shù)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)         {             // 調(diào)用傳入的排序函數(shù)             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);     // 調(diào)用排序函數(shù)，需要傳遞排序算法函數(shù)     //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"); }

這個就不用畫圖了，函數(shù)指針 pf 就指向了傳入的那個函數(shù)地址，在排序的時候
直接調(diào)用就可以了。

4. 指向結構體的指針

在嵌入式開發(fā)中，指向結構體的指針使用特別廣泛，這里以智能家居中的一條控制指令來舉例。在一個智能家居系統(tǒng)中，存在各種各樣的設備(插座、電燈、電動窗簾等)，每個設備的控制指令都是不一樣的，因此可以在每個設備的控制指令結構體中的最前面，放置所有指令都需要的、通用的成員變量，這些變量可以稱為指令頭(指令頭中包含一個代表命令類型的枚舉變量)。

當處理一條控制指令時，先用一個通用命令(指令頭)的指針來接收指令，然后根據(jù)命令類型枚舉變量來區(qū)分，把控制指令強制轉(zhuǎn)換成具體的那個設備的數(shù)據(jù)結構，這樣就可以獲取到控制指令中特定的控制數(shù)據(jù)了。

本質(zhì)上，與 Java/C++ 中的接口、基類的概念類似。

// 指令類型枚舉 typedef enum _CMD_TYPE_ {     CMD_TYPE_CONTROL_SWITCH = 1,     CMD_TYPE_CONTROL_LAMP, } CMD_TYPE;  // 通用的指令數(shù)據(jù)結構(指令頭) typedef struct _CmdBase_ {     CMD_TYPE cmdType; // 指令類型     int deviceId;     // 設備 Id } CmdBase;  typedef struct _CmdControlSwitch_ {     // 前 2 個參數(shù)是指令頭     CMD_TYPE cmdType;        int deviceId;          // 下面都有這個指令私有的數(shù)據(jù)     int slot;  // 排插上的哪個插口     int state; // 0:斷開, 1:接通 } CmdControlSwitch;  typedef struct _CmdControlLamp_ {     // 前 2 個參數(shù)是指令頭     CMD_TYPE cmdType;     int deviceId;          // 下面都有這個指令私有的數(shù)據(jù)     int color;      // 顏色     int brightness; // 亮度 } CmdControlLamp;  // 參數(shù)是指令頭指針 void demo4_control_device(CmdBase *pcmd) {     // 根據(jù)指令頭中的命令類型，把指令強制轉(zhuǎn)換成具體設備的指令     if (CMD_TYPE_CONTROL_SWITCH == pcmd->cmdType)     {         // 類型強制轉(zhuǎn)換         CmdControlSwitch *cmd = pcmd;         printf("control switch. slot = %d, state = %d \n", cmd->slot, cmd->state);     }     else if (CMD_TYPE_CONTROL_LAMP == pcmd->cmdType)     {         // 類型強制轉(zhuǎn)換         CmdControlLamp * cmd = pcmd;         printf("control lamp.   color = 0x%x, brightness = %d \n", cmd->color, cmd->brightness);     } }  void demo4() {     // 指令1：控制一個開關     CmdControlSwitch cmd1 = {CMD_TYPE_CONTROL_SWITCH, 1, 3, 0};     demo4_control_device(&cmd1);      // 指令2：控制一個燈泡     CmdControlLamp cmd2 = {CMD_TYPE_CONTROL_LAMP, 2, 0x112233, 90};     demo4_control_device(&cmd2); }

5. 函數(shù)指針數(shù)組

這個示例在上篇文章中演示過，為了完整性，這里再貼一下。

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. 在結構體中使用柔性數(shù)組

先不解釋概念，我們先來看一個代碼示例：

// 一個結構體，成員變量 data 是指針 typedef struct _ArraryMemberStruct_NotGood_ {     int num;     char *data; } ArraryMemberStruct_NotGood;  void demo6_not_good() {     // 打印結構體的內(nèi)存大小     int size = sizeof(ArraryMemberStruct_NotGood);     printf("size = %d \n", size);      // 分配一個結構體指針     ArraryMemberStruct_NotGood *ams = (ArraryMemberStruct_NotGood *)malloc(size);     ams->num = 1;      // 為結構體中的 data 指針分配空間     ams->data = (char *)malloc(1024);     strcpy(ams->data, "hello");     printf("ams->data = %s \n", ams->data);      // 打印結構體指針、成員變量的地址     printf("ams = 0x%x \n", ams);     printf("ams->num  = 0x%x \n", &ams->num);     printf("ams->data = 0x%x \n", ams->data);      // 釋放空間     free(ams->data);     free(ams); }

在我的電腦上，打印結果如下：

可以看到：該結構體一共有 8 個字節(jié)(int 型占 4 個字節(jié)，指針型占 4 個字節(jié))。

結構體中的 data 成員是一個指針變量，需要單獨為它申請一塊空間才可以使用。而且在結構體使用之后，需要先釋放 data，然后釋放結構體指針  ams，順序不能錯。這樣使用起來，是不是有點麻煩?

于是，C99 標準就定義了一個語法：flexible array  member(柔性數(shù)組)，直接上代碼(下面的代碼如果編譯時遇到警告，請檢查下編譯器對這個語法的支持):

// 一個結構體，成員變量是未指明大小的數(shù)組 typedef struct _ArraryMemberStruct_Good_ {     int num;     char data[]; } ArraryMemberStruct_Good;  void demo6_good() {     // 打印結構體的大小     int size = sizeof(ArraryMemberStruct_Good);     printf("size = %d \n", size);      // 為結構體指針分配空間     ArraryMemberStruct_Good *ams = (ArraryMemberStruct_Good *)malloc(size + 1024);      strcpy(ams->data, "hello");     printf("ams->data = %s \n", ams->data);      // 打印結構體指針、成員變量的地址     printf("ams = 0x%x \n", ams);     printf("ams->num  = 0x%x \n", &ams->num);     printf("ams->data = 0x%x \n", ams->data);      // 釋放空間     free(ams); }

打印結果如下：

與第一個例子中有下面幾個不同點：

1. 鴻蒙官方戰(zhàn)略合作共建——HarmonyOS技術社區(qū)

2. 結構體的大小變成了 4;

3. 為結構體指針分配空間時，除了結構體本身的大小外，還申請了 data 需要的空間大小;

4. 不需要為 data 單獨分配空間了;

5. 釋放空間時，直接釋放結構體指針即可;

是不是用起來簡單多了?!這就是柔性數(shù)組的好處。

• 從語法上來說，柔性數(shù)組就是指結構體中最后一個元素個數(shù)未知的數(shù)組，也可以理解為長度為 0，那么就可以讓這個結構體稱為可變長的。

• 前面說過，數(shù)組名就代表一個地址，是一個不變的地址常量。在結構體中，數(shù)組名僅僅是一個符號而已，只代表一個偏移量，不會占用具體的空間。

另外，柔性數(shù)組可以是任意類型。這里示例大家多多體會，在很多通訊類的處理場景中，常常見到這種用法。

7. 通過指針來獲取結構體中成員變量的偏移量

這個標題讀起來似乎有點拗口，拆分一下：在一個結構體變量中，可以利用指針操作的技巧，獲取某個成員變量的地址、距離結構體變量的開始地址、之間的偏移量。

在 Linux 內(nèi)核代碼中你可以看到很多地方都利用了這個技巧，代碼如下：

#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &(((TYPE*)0)->MEMBER))  typedef struct _OffsetStruct_ {     int a;     int b;     int c; } OffsetStruct;  void demo7() {     OffsetStruct os;     // 打印結構體變量、成員變量的地址     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");     // 打印成員變量地址，與結構體變量開始地址，之間的偏移量     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");     // 通過指針的強制類型轉(zhuǎn)換來獲取偏移量     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");     // 利用宏定義來得到成員變量的偏移量     printf("offset: a = %d \n", offsetof(OffsetStruct, a));     printf("offset: b = %d \n", offsetof(OffsetStruct, b));     printf("offset: c = %d \n", offsetof(OffsetStruct, c)); }

先來看打印結果：

前面 4 行的打印信息不需要解釋了，直接看下面這個內(nèi)存模型即可理解。

下面這個語句也不需要多解釋，就是把兩個地址的值進行相減，得到距離結構體變量開始地址的偏移量，注意：需要把地址強轉(zhuǎn)成 char*  型之后，才可以相減。

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

下面這條語句需要好好理解：

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

數(shù)字 0  看成是一個地址，也就是一個指針。上篇文章解釋過，指針就代表內(nèi)存中的一塊空間，至于你把這塊空間里的數(shù)據(jù)看作是什么，這個隨便你，你只要告訴編譯器，編譯器就按照你的意思去操作這些數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在我們把 0 這個地址里的數(shù)據(jù)看成是一個 OffsetStruct 結構體變量(通過強制轉(zhuǎn)換來告訴編譯器)，這樣就得到了一個 OffsetStruct  結構體指針(下圖中綠色橫線)，然后得到該指針變量中的成員變量 a(藍色橫線)，再然后通過取地址符 & 得到 a 的地址(橙色橫線)，最后把這個地址強轉(zhuǎn)成  size_t 類型(紅色橫線)。

因為這個結構體指針變量是從 0 地址開始的，因此，成員變量 a 的地址就是 a 距離結構體變量開始地址的偏移量。

上面的描述過程，如果感覺拗口，請結合下面這張圖再讀幾遍：

上面這張圖如果能看懂的話，那么最后一種通過宏定義獲取偏移量的打印語句也就明白了，無非就是把代碼抽象成宏定義了，方便調(diào)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：獲取這個偏移量有什么用啊?那就請接著看下面的示例 8。

8. 通過結構體中成員變量的指針，來獲取該結構體的指針

標題同樣比較拗口，直接結合代碼來看：

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

假設有一個 OffsetStruct 結構體變量 os，我們只知道 os 中成員變量 c 的地址(指針)，那么我們想得到變量 os  的地址(指針)，應該怎么做?這就是標題所描述的目的。

下面代碼中的宏定義 container_of 同樣是來自于 Linux 內(nèi)核中的(大家平常沒事時多挖掘，可以發(fā)現(xiàn)很多好東西)。

#define container_of(ptr, type, member) ({ \      const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); \      (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})  void demo8() {     // 下面 3 行僅僅是演示 typeof 關鍵字的用法     int n = 1;     typeof(n) m = 2;  // 定義相同類型的變量m     printf("n = %d, m = %d \n", n, m);       // 定義結構體變量，并初始化     OffsetStruct os = {1, 2, 3};          // 打印結構體變量的地址、成員變量的值(方便后面驗證)     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");          // 假設只知道某個成員變量的地址     int *pc = &os.c;     OffsetStruct *p = NULL;          // 根據(jù)成員變量的地址，得到結構體變量的地址     p = container_of(pc, OffsetStruct, c);          // 打印指針的地址、成員變量的值     printf("p = 0x%x \n", p);     printf("p->a = %d, p->b = %d, p->c = %d \n", p->a, p->b, p->c); }

先看打印結果：

首先要清楚宏定義中參數(shù)的類型：

1. 鴻蒙官方戰(zhàn)略合作共建——HarmonyOS技術社區(qū)

2. ptr: 成員變量的指針;

3. type: 結構體類型;

4. member：成員變量的名稱;

這里的重點就是理解宏定義 container_of，結合下面這張圖，把宏定義拆開來進行描述：

宏定義中的第 1 條語句分析:

1. 鴻蒙官方戰(zhàn)略合作共建——HarmonyOS技術社區(qū)

2. 綠色橫線：把數(shù)字 0 看成是一個指針，強轉(zhuǎn)成結構體 type 類型;

3. 藍色橫線：獲取該結構體指針中的成員變量 member;

4. 橙色橫線：利用 typeof 關鍵字，獲取該 member 的類型，然后定義這個類型的一個指針變量 __mptr;

5. 紅色橫線：把宏參數(shù) ptr 賦值給 __mptr 變量;

宏定義中的第 2 條語句分析：

1. 鴻蒙官方戰(zhàn)略合作共建——HarmonyOS技術社區(qū)

2. 綠色橫線：利用 demo7 中的 offset 宏定義，得到成員變量 member 距離結構體變量開始地址的偏移量，而這個成員變量指針剛才已經(jīng)知道了，就是  __mptr;

3. 藍色橫線：把 __mptr 這個地址，減去它自己距離結構體變量開始地址的偏移量，就得到了該結構體變量的開始地址;

4. 橙色橫線：最后把這個指針(此時是 char* 型)，強轉(zhuǎn)成結構體 type 類型的指針;

感謝各位的閱讀，以上就是“C指針的使用技巧有哪些”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學習后，相信大家對C指針的使用技巧有哪些這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！