# 練習15：指針，可怕的指針 > 原文：[Exercise 15: Pointers Dreaded Pointers](http://c.learncodethehardway.org/book/ex15.html) > 譯者：[飛龍](https://github.com/wizardforcel) 指針是C中的一個著名的謎之特性，我會試著通過教授你一些用于處理它們的詞匯，使之去神秘化。指針實際上并不復雜，只不過它們經常以一些奇怪的方式被濫用，這樣使它們變得難以使用。如果你避免這些愚蠢的方法來使用指針，你會發現它們難以置信的簡單。 要想以一種我們可以談論的方式來講解指針，我會編寫一個無意義的程序，它以三種方式打印了一組人的年齡： ```c #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) { // create two arrays we care about int ages[] = {23, 43, 12, 89, 2}; char *names[] = { "Alan", "Frank", "Mary", "John", "Lisa" }; // safely get the size of ages int count = sizeof(ages) / sizeof(int); int i = 0; // first way using indexing for(i = 0; i < count; i++) { printf("%s has %d years alive.\n", names[i], ages[i]); } printf("---\n"); // setup the pointers to the start of the arrays int *cur_age = ages; char **cur_name = names; // second way using pointers for(i = 0; i < count; i++) { printf("%s is %d years old.\n", *(cur_name+i), *(cur_age+i)); } printf("---\n"); // third way, pointers are just arrays for(i = 0; i < count; i++) { printf("%s is %d years old again.\n", cur_name[i], cur_age[i]); } printf("---\n"); // fourth way with pointers in a stupid complex way for(cur_name = names, cur_age = ages; (cur_age - ages) < count; cur_name++, cur_age++) { printf("%s lived %d years so far.\n", *cur_name, *cur_age); } return 0; } ``` 在解釋指針如何工作之前，讓我們逐行分解這個程序，這樣你可以對發生了什么有所了解。當你瀏覽這個詳細說明時，試著自己在紙上回答問題，之后看看你猜測的結果符合我對指針的描述。 ex15.c:6-10 創建了兩個數組，`ages`儲存了一些`int`數據，`names`儲存了一個字符串數組。 ex15.c:12-13 為之后的`for`循環創建了一些變量。 ex15.c:16-19 你知道這只是遍歷了兩個數組，并且打印出每個人的年齡。它使用了`i`來對數組索引。 ex15.c:24 創建了一個指向`ages`的指針。注意`int *`創建“指向整數的指針”的指針類型的用法。它很像`char *`，意義是“指向字符的指針”，而且字符串是字符的數組。是不是很相似呢？ ex15.c:25 創建了指向`names`的指針。`char *`已經是“指向`char`的指針”了，所以它只是個字符串。你需要兩個層級，因為`names`是二維的，也就是說你需要`char **`作為“指向‘指向字符的指針’的指針”。把它學會，并且自己解釋它。 ex15.c:28-31 遍歷`ages`和`names`，但是使用“指針加偏移`i`”。`*(cur_name+i)`和`name[i]`是一樣的，你應該把它讀作“‘`cur_name`指針加`i`’的值”。 ex15.c:35-39 這里展示了訪問數組元素的語法和指針是相同的。 ex15.c:44-50 另一個十分愚蠢的循環和其它兩個循環做著相同的事情，但是它用了各種指針算術運算來代替： ex15.c:44 通過將`cur_name`和`cur_age`置為`names`和`age`數組的起始位置來初始化`for`循環。 ex15.c:45 `for`循環的測試部分比較`cur_age`指針和`ages`起始位置的距離，為什么可以這樣寫呢？ ex15.c:46 `for`循環的增加部分增加了`cur_name`和`cur_age`的值，這樣它們可以只想`names`和`ages`的下一個元素。 ex15.c:48-49 `cur_name`和`cur_age`的值現在指向了相應數組中的一個元素，我們我可以通過`*cur_name`和`*cur_age`來打印它們，這里的意思是“`cur_name`和`cur_age`指向的值”。 這個看似簡單的程序卻包含了大量的信息，其目的是在我向你講解之前嘗試讓你自己弄清楚指針。直到你寫下你認為指針做了什么之前，不要往下閱讀。 ## 你會看到什么 在你運行這個程序之后，嘗試根據打印出的每一行追溯到代碼中產生它們的那一行。在必要情況下，修改`printf`調用來確認你得到了正確的行號： ```shell $ make ex15 cc -Wall -g ex15.c -o ex15 $ ./ex15 Alan has 23 years alive. Frank has 43 years alive. Mary has 12 years alive. John has 89 years alive. Lisa has 2 years alive. --- Alan is 23 years old. Frank is 43 years old. Mary is 12 years old. John is 89 years old. Lisa is 2 years old. --- Alan is 23 years old again. Frank is 43 years old again. Mary is 12 years old again. John is 89 years old again. Lisa is 2 years old again. --- Alan lived 23 years so far. Frank lived 43 years so far. Mary lived 12 years so far. John lived 89 years so far. Lisa lived 2 years so far. $ ``` ## 解釋指針 當你寫下一些類似`ages[i]`的東西時，你實際上在用`i`中的數字來索引`ages`。如果`i`的值為0，那么就等同于寫下`ages[0]`。我們把`i`叫做下標，因為它是`ages`中的一個位置。它也能稱為地址，這是“我想要`ages`位于地址`i`處的整數”中的說法。 如果`i`是個下標，那么`ages`又是什么？對C來說`ages`是在計算機中那些整數的起始位置。當然它也是個地址，C編譯器會把任何你鍵入`ages`的地方替換為數組中第一個整數的地址。另一個理解它的辦法就是把`ages`當作“數組內部第一個整數的地址”，但是它是整個計算機中的地址，而不是像`i`一樣的`ages`中的地址。`ages`數組的名字在計算機中實際上是個地址。 這就產生了一種特定的實現：C把你的計算機看成一個龐大的字節數組。顯然這樣不會有什么用處，于是C就在它的基礎上構建出類型和大小的概念。你已經在前面的練習中看到了它是如何工作的，但現在你可以開始了解C對你的數組做了下面一些事情： + 在你的計算機中開辟一塊內存。 + 將`ages`這個名字“指向”它的起始位置。 + 通過選取`ages`作為基址，并且獲取位置為`i`的元素，來對內存塊進行索引。 + 將`ages+i`處的元素轉換成大小正確的有效的`int`，這樣就返回了你想要的結果：下標`i`處的`int`。 如果你可以選取`ages`作為基址，之后加上比如`i`的另一個地址，你是否就能隨時構造出指向這一地址的指針呢？是的，這種東西就叫做指針。這也是`cur_age`和`cur_name`所做的事情，它們是指向計算機中這一位置的變量，`ages`和`names`就處于這一位置。之后，示例程序移動它們，或者做了一些算數運算，來從內存中獲取值。在其中一個實例中，只是簡單地將`cur_age`加上`i`，這樣等同于`array[i]`。在最后一個`for`循環中，這兩個指針在沒有`i`輔助的情況下自己移動，被當做數組基址和整數偏移合并到一起的組合。 指針僅僅是指向計算機中的某個地址，并帶有類型限定符，所以你可以通過它得到正確大小的數據。它類似于將`ages`和`i`組合為一個數據類型的東西。C了解指針指向什么地方，所指向的數據類型，這些類型的大小，以及如何為你獲取數據。你可以像`i`一樣增加它們，減少它們，對他們做加減運算。然而它們也像是`ages`，你可以通過它獲取值，放入新的值，或執行全部的數組操作。 指針的用途就是讓你手動對內存塊進行索引，一些情況下數組并不能做到。絕大多數情況中，你可能打算使用數組，但是一些處理原始內存塊的情況，是指針的用武之地。指針向你提供了原始的、直接的內存塊訪問途徑，讓你能夠處理它們。 在這一階段需要掌握的最后一件事，就是你可以對數組和指針操作混用它們絕大多數的語法。你可以對一個指針使用數組的語法來訪問指向的東西，也可以對數組的名字做指針的算數運算。 ## 實用的指針用法 你可以用指針做下面四個最基本的操作： + 向OS申請一塊內存，并且用指針處理它。這包括字符串，和一些你從來沒見過的東西，比如結構體。 + 通過指針向函數傳遞大塊的內存（比如很大的結構體），這樣不必把全部數據都傳遞進去。 + 獲取函數的地址用于動態調用。 + 對一塊內存做復雜的搜索，比如，轉換網絡套接字中的字節，或者解析文件。 對于你看到的其它所有情況，實際上應當使用數組。在早期，由于編譯器不擅長優化數組，人們使用指針來加速它們的程序。然而，現在訪問數組和指針的語法都會翻譯成相同的機器碼，并且表現一致。由此，你應該每次盡可能使用數組，并且按需將指針用作提升性能的手段。 ## 指針詞庫 現在我打算向你提供一個詞庫，用于讀寫指針。當你遇到復雜的指針語句時，試著參考它并且逐字拆分語句（或者不要使用這個語句，因為有可能并不好）： `type *ptr` `type`類型的指針，名為`ptr`。 `*ptr` `ptr`所指向位置的值。 `*(ptr + i)` （`ptr`所指向位置加上`i`）的值。 > 譯者注：以字節為單位的話，應該是`ptr`所指向的位置再加上`sizeof(type) * i`。 `&thing` `thing`的地址。 `type *ptr = &thing` 名為`ptr`，`type`類型的指針，值設置為`thing`的地址。 `ptr++` 自增`ptr`指向的位置。 我們將會使用這份簡單的詞庫來拆解這本書中所有的指針用例。 ## 指針并不是數組 無論怎么樣，你都不應該把指針和數組混為一談。它們并不是相同的東西，即使C讓你以一些相同的方法來使用它們。例如，如果你訪問上面代碼中的`sizeof(cur_age)`，你會得到指針的大小，而不是它指向數組的大小。如果你想得到整個數組的大小，你應該使用數組的名稱`age`，就行第12行那樣。 > 譯者注，除了`sizeof`、`&`操作和聲明之外，數組名稱都會被編譯器推導為指向其首個元素的指針。對于這些情況，不要用“是”這個詞，而是要用“推導”。 ## 如何使它崩潰 你可以通過將指針指向錯誤的位置來使程序崩潰： + 試著將`cur_age`指向`names`。可以需要C風格轉換來強制執行，試著查閱相關資料把它弄明白。 + 在最后的`for`循環中，用一些古怪的方式使計算發生錯誤。 + 試著重寫循環，讓它們從數組的最后一個元素開始遍歷到首個元素。這比看上去要困難。 ## 附加題 + 使用訪問指針的方式重寫所有使用數組的地方。 + 使用訪問數組的方式重寫所有使用指針的地方。 + 在其它程序中使用指針來代替數組訪問。 + 使用指針來處理命令行參數，就像處理`names`那樣。 + 將獲取值和獲取地址組合到一起。 + 在程序末尾添加一個`for`循環，打印出這些指針所指向的地址。你需要在`printf`中使用`%p`。 + 對于每一種打印數組的方法，使用函數來重寫程序。試著向函數傳遞指針來處理數據。記住你可以聲明接受指針的函數，但是可以像數組那樣用它。 + 將`for`循環改為`while`循環，并且觀察對于每種指針用法哪種循環更方便。