3.10.1 理解指针

指针是 C 语言的一个核心特色。它们以一种统一方式，对不同数据结构中的元素产生引用。对于编程新手来说，指针总是会带来很多的困惑，但是基本概念其实非常简单。在此，我们重点介绍一些指针和它们映射到机器代码的关键原则。

• 每个指针都对应一个类型。这个类型表明该指针指向的是哪一类对象。以下面的指针声明为例：

  int *ip;
  char **cpp;
  

  变量 ip 是一个指向 int 类型对象的指针，而 cpp 指针指向的对象自身就是一个指向 char 类型对象的指针。通常，如果对象类型为 T，那么指针的类型为 T*。特殊的 void * 类型代表通用指针。比如说，malloc 函数返回一个通用指针，然后通过显式强制类型转换或者赋值操作那样的隐式强制类型转换，将它转换成一个有类型的指针。指针类型不是机器代码中的一部分；它们是 C 语言提供的一种抽象，帮助程序员避免寻址错误。

• 每个指针都有一个值。这个值是某个指定类型的对象的地址。特殊的 NULL(0) 值表示该指针没有指向任何地方。

• 指针用 & 运算符创建。这个运算符可以应用到任何 lvalue 类的 C 表达式上，lvalue 意指可以出现在赋值语句左边的表达式。这样的例子包括变量以及结构、联合和数组的元素。我们已经看到，因为 leaq 指令是设计用来计算内存引用的地址的，& 运算符的机器代码实现常常用这条指令来计算表达式的值。

• * 操作符用于间接引用指针。其结果是一个值，它的类型与该指针的类型一致。间接引用是用内存引用来实现的，要么是存储到一个指定的地址，要么是从指定的地址读取。

• 数组与指针紧密联系。一个数组的名字可以像一个指针变量一样引用（但是不能修改）。数组引用（例如 a[3]）与指针运算和间接引用（例如 *(a + 3)）有一样的效果。数组引用和指针运算都需要用对象大小对偏移量进行伸缩。当我们写表达式 p + i，这里指针 p 的值为 p，得到的地址计算为 p + L · i，这里 L 是与 p 相关联的数据类型的大小。

• 将指针从一种类型强制转换成另一种类型，只改变它的类型，而不改变它的值。强制类型转换的一个效果是改变指针运算的伸缩。例如，如果 p 是一个 char * 类型的指针，它的值为 p，那么表达式 (int *) p + 7 计算为 p + 28，而 (int *) (p + 7) 计算为 p + 7。（回想一下，强制类型转换的优先级高于加法。）

• 指针也可以指向函数。这提供了一个很强大的存储和向代码传递引用的功能，这些引用可以被程序的某个其他部分调用。例如，如果我们有一个函数，用下面这个原型定义：

  int fun(int x, int *p);
  

  然后，我们可以声明一个指针 fp，将它赋值为这个函数，代码如下：

  int (*fp)(int, int *);
  fp = fun;
  

  然后用这个指针来调用这个函数：

  int y = 1;
  int result = fp(3, &y);
  

  函数指针的值是该函数机器代码表示中第一条指令的地址。

给 C 语言初学者：函数指针

函数指针声明的语法对程序员新手来说特别难以理解。对于以下声明：

int (*f)(int*);

要从里（从“f”开始）往外读。因此，我们看到像“(*f)”表明的那样，f 是一个指针；而“(*f)(int*)”表明 f 是一个指向函数的指针，这个函数以一个 int * 作为参数。最后，我们看到，它是指向以 int * 为参数并返回 int 的函数的指针。

*f 两边的括号是必需的，否则声明变成

int *f(int*);

它会被解读成

(int *) f(int*);

也就是说，它会被解释成一个函数原型，声明了一个函数 f，它以一个 int * 作为参数并返回一个 int *。

Kernighan 和 Ritchie [61, 5.12 节] 提供了一个有关阅读 C 声明的很有帮助的教程。