第7章 指標 7-1 指標的基礎 7-2 指標變數的使用 7-3 指標運算 7-4 指標與陣列 7-5 指向函數的指標.

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1 第7章 指標 7-1 指標的基礎 7-2 指標變數的使用 7-3 指標運算 7-4 指標與陣列 7-5 指向函數的指標

2 7-1 指標的基礎-說明 「指標」（Points）是C語言的低階程式處理功能，可以直接存取記憶體位址，事實上，大部分高階程式語言並沒有提供此功能，這也是為什麼C語言稱為中階語言的原因。 C語言的指標是一種變數，其變數內容不是字元或數值等基本資料型態的值，而是其他變數的「位址」，所以，指標變數單獨存在並沒有意義，因為它的值是指向其他變數的位址，能夠讓我們間接取得其他變數的值。

3 7-1 指標的基礎-圖例 在C語言指定敘述的「=」等號左邊變數是左值（Lvalue），即取得變數的位址屬性，「指標變數」（Pointer Variables）是一種變數，其值是變數在指定敘述左值的「位址」，如下圖所示：

4 7-2 指標變數的使用 7-2-1 宣告指標變數與初始值 7-2-2 指標運算子 7-2-3 指標的參數傳遞 7-2-4 指向指標的指標變數

5 7-2-1 宣告指標變數與初始值-宣告指標變數 C語言指標變數的宣告語法格式，如下所示： 資料型態 *變數名稱;
變數是指向宣告資料型態的指標變數。例如：指向int整數的指標變數宣告，如下所示： int *ptr; 程式碼宣告一個指向整數的指標變數ptr，換句話說，它能指向一個宣告成int整數資料型態的變數。其他資料型態的指標變數宣告，如下所示： char *ptr1; float *ptr2; double *ptr3;

6 7-2-1 宣告指標變數與初始值-指標變數的初始值(說明)
指標變數可以在宣告時指定初始值，而取得位址的變數一定是在指標變數前宣告，如下所示： int b = 30; int *ptr = &b; 程式碼先宣告整數變數b，然後宣告指標變數ptr，指標變數的初始值是使用「&」取址運算子取得變數b的位址。

7 7-2-1 宣告指標變數與初始值-指標變數的初始值(圖例)
指標變數ptr的值0022FF74是整數變數b的記憶體位址，指標變數ptr1是NULL指標，NULL常數值是0，如下圖所示：

8 7-2-1 宣告指標變數與初始值-指標變數的預設值
C語言的指標變數並沒有預設值，為了避免程式執行產生錯誤，例如：尚未指向變數位址就使用指標變數，可以在宣告時將它指定成NULL常數，如下所示： int *ptr1 = NULL; 指標稱為NULL指標，如此在使用前就可以使用if條件判斷指標變數是否已經指向其他變數，如下所示： if ( ptr1 == NULL ) { }

9 7-2-2 指標運算子-&取址運算子 C語言提供兩種指標運算子（Pointer Operators）可以取得指標變數所需的變數位址和指標變數所指的變數值。 「&」取址運算子（二元運算子「&」是位元運算子AND）是一種單運算元運算子，可以取得運算元變數的位址，如下所示： ptr = &a; 上述程式碼是將指標變數ptr指定成變數a的記憶體位址，變數ptr的值就是變數a的記憶體位址。

10 7-2-2 指標運算子-*取值運算子(說明) 「*」星號運算子（二元運算子「*」是乘法）相對於取址運算子，稱為「取值」（Indirection）或「解參考」（Dereferencing）運算子，這也是一種單運算元運算子，可以取得運算元指標變數的變數值。 例如：ptr是指向整數變數a的指標變數，*ptr就是變數a的值，如下所示： b = *ptr;

11 7-2-2 指標運算子-*取值運算子(圖例) ptr是變數a的位址，*ptr是變數a的值，所以變數b將指定成變數a的值，如下圖所示：

12 7-2-3 指標的參數傳遞 C語言的傳址呼叫是使用指標變數。例如：取得陣列元素最大值的maxElement()函數，其原型宣告如下所示：
void maxElement(int *, int *); 函數擁有2個參數是整數的指標變數，第1個參數是陣列data[] ，第2個參數是使用「&」取址運算子取得變數index的位址，如下所示： maxElement(data, &index);

13 7-2-4 指向指標的指標變數-說明 指向指標的指標變數是指這個指標變數是指向其他的指標變數。宣告整數和指標變數，如下所示：
int a = 15; int *ptr = &i; 程式碼的指標變數ptr是指向變數a。接著宣告指向指標的指標變數，如下所示： int **ptr1 = &ptr; ptr1有2個星號，第1個星號指出變數是指標變數，第2個星號表示是指向其他的指標變數。

14 7-2-4 指向指標的指標變數-指向指標的指標變數
接著再宣告一個指標變數，這是指向指標的指標變數，如下所示： int ***ptr2 = &ptr1;

15 7-2-4 指向指標的指標變數-取值運算 指標變數ptr2指向ptr1，ptr1指向ptr，ptr指向變數a，各指標變數的取值運算，分別就是指向變數的值，如下所示： *ptr2; /* 值為ptr1的位址 */ *ptr1; /* 值為ptr的位址 */ *ptr; /* 值為 15 */

16 7-3 指標運算 7-3-1 指標的指定敘述 7-3-2 指標的算術運算 7-3-3 指標的比較運算

17 7-3-1 指標的指定敘述 如同其他C語言的變數，指標變數也可以在指定敘述的右邊，將指標變數值指定給其他指標變數，如下所示：
int *ptr1, *ptr = &a; ptr1 = ptr; 指標變數ptr1和ptr擁有相同值，也就是相同變數a記憶體位址的值。

18 7-3-2 指標的算術運算-說明1 指標變數的算術運算是記憶體位址位移的遞增、遞減和加減運算。在本節程式範例是宣告一維陣列a[]來測試指標的算術運算，如下所示： int a[]= { 1, 2 , 3, 4, 5}; 程式碼宣告整數陣列且指定初值。C編譯程式會配置連續記憶體空間來儲存這些陣列元素。

19 7-3-2 指標的算術運算-說明2 我們可以宣告指標變數ptr和ptr1來指向陣列第1個最後1個元素的位址，如下所示：
int *ptr = &a[0]; int *ptr1 = &a[4];

20 7-3-2 指標的算術運算-指標變數的遞增和遞減運算(說明)
指標變數可以使用遞增和遞減運算來移動指標指向的位址，首先是遞增運算，如下所示： ptr++; 例如：目前指標變數ptr的值為0022FF50，下一個是0022FF54。接著執行遞減運算，如下所示： ptr--; 例如：目前指標變數ptr的值為0022FF54，前一個是0022FF50。

21 7-3-2 指標的算術運算-指標變數的遞增和遞減運算(圖例)

22 7-3-2 指標的算術運算-指標變數的加法運算 指標變數的加法運算可以讓指標一次就向下位移常數值的整個區段，如下所示：
ptr = ptr + 3;

23 7-3-2 指標的算術運算-指標變數的減法運算 指標變數減法的位移方向和加法相反，指標是往前位移整個區段的位址，如下所示：
ptr = ptr - 2;

24 7-3-2 指標的算術運算-指標變數相減算 C語言的兩個指標變數也可以相減，如下所示： i = ptr1 - ptr;
j = ptr - ptr1; 上述程式碼是指標變數相減，結果是2個指標變數間相差的資料型態個數，因為目前ptr指向變數a2，ptr1指向變數a5，ptr1-ptr = 3表示ptr1是在ptr之後的3個元素，而ptr – ptr1 = -3表示ptr是ptr1之前的3個元素。

25 7-3-3 指標的比較運算-1 在C程式可以使用關係運算子執行ptr == ptr1或ptr2 > ptr1等條件運算，如下所示：
if ( ptr2 > ptr1 ) printf("ptr2高於ptr1的記憶體位址!\n"); else printf("ptr1高於ptr2的記憶體位址!\n");

26 7-3-3 指標的比較運算-2 if條件是比較指標變數的記憶體位址哪一個比較高，如果指向同一個記憶體位址就表示是相等，如下所示：
if ( ptr == ptr1 ) printf("ptr和ptr1記憶體位址相等!\n");

27 7-4 指標與陣列 7-4-1 指標與陣列 7-4-2 指標與二維陣列 7-4-3 指標陣列

28 7-4-1 指標與陣列-說明 C語言的陣列在記憶體配置上是連續的記憶體空間，除了可以使用索引值存取陣列元素，還可以使用指標變數，將指標變數指向陣列的第1個元素，此後的元素存取操作就是指標的算術運算。例如：在C程式宣告大小6個元素的整數陣列data[]，如下所示： #define LEN 6 int data[LEN] = {11, 93, 45, 27, -40, 80};

29 7-4-1 指標與陣列-指向陣列的第1個和最後1個元素(說明)
宣告指標變數指向陣列的第1個元素，如下所示： int *ptr; ptr = data; C語言的陣列名稱就是陣列第1個元素的位址，如果使用取址運算子「&」，其程式碼如下所示： ptr = &data[0]; 取得最後1個陣列元素的位址，如下所示： ptr = &data[LEN-1];

30 7-4-1 指標與陣列-指向陣列的第1個和最後1個元素(圖例)
在C語言的陣列名稱就是陣列第1個元素的位址，換句話說，陣列名稱本身是一個指標變數，ptr指向陣列的第1個元素，如下圖所示：

31 7-4-1 指標與陣列-使用指標存取陣列元素(說明)
在取得陣列第1個元素的位址後，共有2種方法存取每一個陣列元素值。第一種是使用指標加法，如下所示： for ( i = 0; i < LEN; i++ ) printf("ptr+%d=%d ", i, *(ptr+i)); 第二個方法是使用指標的遞增運算ptr++，如下所示： printf("ptr+%d=%d ", i, *ptr++);

32 7-4-1 指標與陣列-使用指標存取陣列元素(圖例)
for迴圈使用指標走訪陣列元素，指標加法ptr+i計算出下一個元素位址，陣列元素使用取值運算*(ptr+i)取出元素值，如下：

33 7-4-2 指標與二維陣列-說明 C語言的二維陣列也可以使用指標來存取陣列元素。例如：宣告一個二維整數陣列tables[][]，如下所示：
#define ROWS 4 #define COLS 5 int tables[ROWS][COLS];

34 7-4-2 指標與二維陣列-方法一：視為一維陣列來存取
二維陣列配置的記憶體空間是將每一列結合起來的連續記憶體位址，tables[][]二維陣列如同是一個4列合一的一維陣列。可以宣告指標變數ptr指向陣列的第1個元素，如下所示： int *ptr; ptr = &tables[0][0]; for ( i=0; i < ROWS; i++) { for ( j=0; j < COLS; j++) printf("%d*%d=%2d ", (i+1), (j+1), *(ptr+(i*COLS)+j)); printf("\n"); }

35 7-4-2 指標與二維陣列-方法二：使用二維陣列名稱(說明)
二維陣列名稱tables本身是一個指標變數，我們可以使用指標運算式取得陣列的每一個元素，如下所示： *(*(tables + i) + j) 上述tables是二維陣列，可以將它視為是一個指向指標的指標變數，首先看中間括號部分的運算式，如下所示： *(tables+i) 上述指標運算可以當作是第一欄tables[ROWS][0]的指標運算。

36 7-4-2 指標與二維陣列-方法二：使用二維陣列名稱(圖例)
因為是指向指標的指標變數，取值運算取得的是tables[0][0]（tables+0）、tables[1][0]（tables+1）、tables[2][0]（tables+2）和tables[3][0]（tables+3）各列第1個陣列元素的位址，如下圖所示：

37 7-4-3 指標陣列-指標陣列的宣告 「指標陣列」（Arrays of Pointer）是一個陣列，只是每一個元素都是一個指標變數，也就是說陣列元素的值是指向其他變數的位址。 指標陣列的宣告方式類似指標變數，如下所示： #define ROWS 4 int *tables[ROWS]; 上述程式碼宣告指標陣列tables[]，一共擁有4個元素，每一個元素是一個整數的指標變數，可以指向整數或一維陣列，如果都是指向5個元素的一維陣列，相當於宣告4X5的二維陣列。

38 7-4-3 指標陣列-另一個一維陣列 因為指標陣列並不能指定初值，所以筆者準備建立另一個一維陣列data[]，用來作為指標陣列指向的變數，如下所示： int data[ROWS] = {20, 14, 35, 59}; 上述一維陣列已經指定初值，所以指標陣列的每一個指標可以指向data[]陣列對應的元素，如下所示： for ( i=0; i < ROWS; i++) tables[i] = &data[i];

39 7-4-3 指標陣列-圖例 for迴圈指定指標陣列各元素的初值，執行後的圖例，如下圖所示：

40 7-4-3 指標陣列-指標陣列的存取1 現在指標陣列tables[]的元素是指向陣列data[]元素的位址，除了可以使用data[i]存取陣列data[]的元素，也可以使用指標陣列tables[]，如下所示： value = *tables[i]; 指標陣列相當於是指向指標的指標變數，先指向指標陣列後，各元素再指向真正的變數，所以可以宣告指向指標的指標變數ptr來指向指標陣列的第1個元素或直接使用tables陣列名稱的指標，如下所示： int **ptr = tables;

41 7-4-3 指標陣列-指標陣列的存取2 因為已經指向各指標陣列的第1個元素，所以可以使用指標運算存取指標陣列的元素，如下所示：
for ( i=0; i < ROWS; i++) { printf("*tables[%d]=%d ", i, *tables[i]); printf("**(tables+%d)=%d ", i, **(tables + i)); printf("**(ptr+%d)=%d ", i, **(ptr + i)); } 上述for迴圈可以走訪指標陣列，然後使用*tables[i]、**(tables + i)和**(ptr + i)取得陣列元素的值。

42 7-5 指向函數的指標 7-5-1 函數指標 7-5-2 函數指標的函數參數 7-5-3 void資料型態的指標

43 7-5-1 函數指標-語法 函數指標也需要先有函數來指向函數的位址，例如：函數maxParam()的原型宣告，如下所示：
int maxParam(int, int); 接著宣告函數指標，其宣告語法，如下所示： 資料型態 (*函數指標名稱) (函數的參數列); 資料型態與函數傳回值的資料型態相同，在函數指標名稱前一樣擁有「*」星號表示它是指標，而且一定需要括號，之後是和指向函數相同的參數列宣告，參數列只需參數型態即可。

44 7-5-1 函數指標-範例 例如：函數maxParam()為例的函數指標，如下所示：
int (*ptr) (int, int) = maxParam; 上述程式碼宣告指向函數maxParam()的函數指標ptr。現在我們可以使用指標的取值運算來呼叫函數，如下所示： (*ptr)(a, b); 上述程式碼的括號中是使用函數指標的取值運算來呼叫函數，後面括號是函數傳遞的參數列。

45 7-5-2 函數指標的函數參數-1 函數指標不只可以在程式碼呼叫函數，還可以作為其他函數的參數，其目的是讓函數能夠使用函數指標的參數來決定呼叫哪一個函數。 例如：C程式擁有2個函數的原型宣告maxParam()和minParam()，如下所示： int maxParam(int, int); int minParam(int, int); 現在筆者準備建立函數compare()，內含函數指標指向上述2個函數maxParam()和minParam()，如下所示： int compare(int, int, int(*) (int,int));

46 7-5-2 函數指標的函數參數-2 在函數compare()的程式區塊可以使用參數來呼叫函數，如下所示：
int compare(int a,int b,int (*ptr) (int, int)) { return (*ptr)(a, b); } 函數的程式區塊是以參數a和b呼叫函數指標指向的函數。呼叫compare()函數的方式，如下所示： result = compare(x, y, maxParam); result = compare(x, y, minParam);

47 7-5-3 void資料型態的指標-指向void的指標
C語言的void指標屬於「通用型指標」（Generic Pointers），任何資料型態的指標都可以先轉換成void型態的指標，再成功轉換回原來指標的資料型態。如果函數使用void指標的參數，換句話說，我們可以使用任何資料型態的指標作為傳遞的參數。 如果是使用在指定敘述，指標變數可以指定成void指標，void指標也可以指定成任何型態的指標，任何型態的指標也可以和void指標比較，簡單的說，在指定敘述的指標運算式可以同時使用void指標或其他資料型態的指標。

48 7-5-3 void資料型態的指標-在函數指標使用void指標1
現在筆者準備在函數指標使用void指標，以便使用不同資料型態指標的函數參數。例如：C程式擁有2個函數的原型宣告numcmp()和chrcmp()，如下所示： int numcmp(int*, int*); int chrcmp(char*, char*); 現在筆者準備建立函數compare()，內含函數指標用來指向上述2個函數numcmp()和chrcmp()，如下所示： int compare(void *, void *, int(*) (void *, void *));

49 7-5-3 void資料型態的指標-在函數指標使用void指標2
函數compare()程式區塊可以使用參數來呼叫函數，如下所示： int compare(void *a, void *b, int (*comp) (void *, void *)) { return (*comp)(a, b); } 函數的程式區塊使用參數void指標a和b來呼叫函數指標所指向的函數，呼叫compare()函數的方式，如下所示： result = compare((void *)ptr, (void *)ptr1, (int (*) (void *, void *))numcmp); result = compare((void *)ptr2, (void *)ptr3, (int (*) (void *, void *))chrcmp);