C語言中的指針：初學者指南

你好，未來的編程師們！今天，我們將踏上一段令人興奮的旅程，進入 C 語言中的指針世界。如果你從未編過程序，也不用擔心——我將成為你的友好導遊，我們將一步步地攻克這個主題。那麼，讓我們開始吧！

C - Pointers

C 語言中的指針是什麼？

想像你在一個巨大的圖書館裡。每一本書都有它獨特的位置在書架上，對吧？在計算機內存中，這其實非常相似。每數據都有它自己的"地址"，它存儲在那裡。指針就像一張圖書館目錄卡片，告訴你確切地如何在計算機內存中找到特定的數據。

在 C 語言編程中，指針是一種存儲另一個變量內存地址的變量。它是一個強大的工具，讓我們可以直接操作內存，這可以導致更有效率和更靈活的程序。

指針聲明

聲明指針非常直接。我們使用星號(*)符號來表示一個變量是指針。這裡是基本的語法：

data_type *pointer_name;

例如，讓我們聲明一個指向整數的指針：

int *ptr;

這一行告訴計算機："嘿，我想要創建一個名為 'ptr' 的指針，它將指向一個整數值。"

指針初始化

既然我們已經聲明了指針，讓我們給它一個指向的目標！我們可以通過賦予指針另一個變量的地址來初始化它。我們使用與運算符(&)來獲取變量的地址。

int number = 42;
int *ptr = &number;

在這個例子中，我們說："創建一個整數變量 'number'，其值為 42，然後創建一個指針 'ptr'，指向 'number' 的地址。"

引用和取消引用指針

引用指針意味著獲取它指向的地址。我們已經看到了使用 & 運算符的例子。另一方面，取消引用指針意味著訪問指針指向的地址中存儲的值。我們使用 * 運算符來完成這個操作。

讓我們看一個例子：

int number = 42;
int *ptr = &number;

printf("ptr 中存儲的地址：%p\n", (void*)ptr);
printf("ptr 指向的值：%d\n", *ptr);

這段代碼將輸出類似於以下內容：

ptr 中存儲的地址：0x7ffd5fbff8ac
ptr 指向的值：42

使用指針訪問和操縱值

指針最酷的事情之一是，我們可以用它來間接改變變量的值。讓我們看看如何操作：

int number = 42;
int *ptr = &number;

*ptr = 100;  // 這會改變 'number' 的值

printf("number 的新值：%d\n", number);

輸出：

number 的新值：100

哇！我們在沒有直接觸及 'number' 的情況下改變了它的值。這就是指針的力量！

如何使用指針？

指針在 C 語言編程中有許多用途。以下是一些常見的應用：

動態內存分配
按引用傳遞參數
数组操作
創建如鏈表等數據結構

讓我們看一個使用指針進行數組操作的簡單例子：

int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *ptr = numbers;  // 数组退化为指針

for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d ", *ptr);
ptr++;  // 移動到下一個元素
}

輸出：

10 20 30 40 50

在這個例子中，我們使用指針遍歷數組。每次我們增加指針，它就移動到數組中的下一個元素。

指針變量的大小

無論指針指向什麼類型的數據，指針本身的大小在給定系統上都是固定的。在大多數現代 64 位系統上，指針的大小為 8 個字节。讓我們來驗證一下：

int *int_ptr;
char *char_ptr;
double *double_ptr;

printf("int 指針的大小：%zu 個字节\n", sizeof(int_ptr));
printf("char 指針的大小：%zu 個字节\n", sizeof(char_ptr));
printf("double 指針的大小：%zu 個字节\n", sizeof(double_ptr));

在 64 位系統上，這將輸出：

int 指針的大小：8 個字节
char 指針的大小：8 個字节
double 指針的大小：8 個字节

C 指針的例子

讓我們再看一些例子來加強我們的理解：

示例 1：使用指針交换兩個數字

void swap(int *a, int *b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}

int main() {
int x = 10, y = 20;
printf("交换前：x = %d, y = %d\n", x, y);
swap(&x, &y);
printf("交换後：x = %d, y = %d\n", x, y);
return 0;
}

輸出：

交换前：x = 10, y = 20
交换後：x = 20, y = 10

示例 2：使用指針操作字符串

void print_reverse(char *str) {
int length = strlen(str);
char *end = str + length - 1;

while (end >= str) {
printf("%c", *end);
end--;
}
printf("\n");
}

int main() {
char word[] = "Hello";
print_reverse(word);
return 0;
}

輸出：

olleH

指向指針的指針

正如我們可以有一個指向變量的指針，我們也可以有一個指向指針的指針。這用兩個星號表示：

int number = 42;
int *ptr = &number;
int **ptr_to_ptr = &ptr;

printf("number 的值：%d\n", **ptr_to_ptr);

輸出：

number 的值：42

NULL 指針

一個 NULL 指針是一個不指向任何有效內存位置的指針。如果你立即沒有為指針賦予有效的地址，初始化指針為 NULL 是一個好習慣：

int *ptr = NULL;

if (ptr == NULL) {
printf("這是一個 NULL 指針\n");
}

變量的地址

C 語言中的每個變量都有一個內存地址。我們可以使用 & 運算符來查看這些地址：

int a = 10;
double b = 3.14;
char c = 'A';

printf("a 的地址：%p\n", (void*)&a);
printf("b 的地址：%p\n", (void*)&b);
printf("c 的地址：%p\n", (void*)&c);

這將輸出類似於以下內容：

a 的地址：0x7ffd5fbff8a4
b 的地址：0x7ffd5fbff8a8
c 的地址：0x7ffd5fbff8a3

指針的詳細信息

這裡是一個總結一些重要指針操作的表格：

操作	語法	描述
聲明	`int *ptr;`	聲明一個指向整數的指針
初始化	`ptr = &var;`	將 var 的地址賦予 ptr
取消引用	`*ptr`	访問 ptr 指向的值
地址-of	`&var`	獲取 var 的地址
指針算術	`ptr++`	將 ptr 移動到下一個內存位置
比較	`if (ptr == NULL)`	檢查 ptr 是否為 NULL 指針

記住，指針很強大但也可能很危險。總是初始化你的指針，並在直接操作內存時小心。

那就這樣了！我們已經涵蓋了 C 語言中指針的基本知識。實踐使人完美，所以不要害怕嘗試這些概念。祝你好運，願你的指針總是指向正確的方向！

Credits: Image by storyset