9.3　指针的应用与误用

9.3.1　指针有什么用

在了解了指针的一些基本概念之后，自然而然会想到的一个问题就是指针究竟有什么用处。如果对于变量定义

既然“i=2”与“*&i=2”是完全等价的操作，那么两个完全等价的操作中难道不是必然会有一个是多余的吗？

想到这些问题非常自然。实际上指针非常有用，指针是C语言的精华。下面将逐步介绍如何应用指针。

指针的用途之一是通过函数改变函数调用处本地局部变量的值。如果没有指针的话，改变本地局部变量的值，只能通过把函数返回值赋值给这个本地局部变量的办法。但是由于函数只能返回一个值，所以这种办法有很大的局限性。

首先看一个简单的例子。

程序代码9-6

这段程序的输出是：

可以看到在f()函数中，形参“n”的值的改变对main()函数中的1没有影响。这是因为在C语言中，实参与形参之间是“传值”的关系，形参“n”是把“i”的值（右值）而不是“i”本身作为自己的初始值。在计算实参时求出的“i”的值可能被放在运算器中，也可能被放在内存中的另一个地方，这样无论“n”如何变化都不会使得“i”发生改变。这个过程如图9-6所示。

图9-6　n与i是两个不同作用区域的变量

也就是说，尽管在f()函数中，可以获得main()中当地变量“i”的值（右值），然而由于“i”是main()中的局部变量，f()函数并不能直接使用这个变量的左值。

如果在main()中希望通过函数调用改变本地局部变量的值，也就是说在f()函数中改变main()中的局部变量“i”的值，应该如何实现呢？答案是通过指针和间接引用运算。

程序代码9-7

这段程序的输出是：

在这段程序中，函数调用以指向“i”的指针“&i”作为实参，可以实现“p”指向变量“i”。这样在f()函数中对“*p”的操作，也就是对main()中局部变量“i”的操作，因而实现了通过对f()函数的调用改变函数调用处，即main()中的局部变量“i”的值的目的，如图9-7所示。理解了这个道理，就不难明白为什么调用scanf()时经常需要写“&”这个运算符了。

图9-7　f()中的(*p)＋＋表示的是对main()中的i的运算

此外要注意在f()函数中（p）＋＋不可以写成p＋＋，原因在于＋＋比优先级高，p＋＋的含义是(p＋＋)，也就是说是对指针p做“＋＋”运算而不是对“p”做“＋＋”运算。当然对于上个例子来说，把“(p)＋＋”写成“＋＋p”最后的执行效果是一样的。

9.3.2　C代码中的“XXX到此一游”

“XXX到此一游”，这种不分场合胡写乱画的事情在C代码中也常常出现。

比如

这是个典型的误用指针错误。这个错误在于，定义了指针变量“p”之后并没有给“p”赋值。由于“p”是个auto类别的局部变量，所以定义之后“p”的值是个“垃圾值”，说不清楚“p”指向哪块内存，这样“p=10”就会导致把数据写在内存中一个未知的、不当的、错误的位置。这会使应用程序发生错误甚至是灾难性的后果（更坏的后果是你可能根本无法马上察觉）。这种对“”运算的误用的后果通常会比对变量的误用严重得多。

为了尽量避免这种情况，在定义指针变量时直接将其赋值为“0”被普遍认为是一种良好的编程习惯。例如：

程序代码9-8（片段）

其中NULL是文本文件“stdio.h”中定义的一个符号常量，其值为“0”，指针被赋值为“0”值时，这个“0”一般是不用进行类型转换的。“0”这个地址的写入操作是被禁止的，这样可以很大程度地防止应用程序在内存中错误地“随处乱写”。

9.3.3　分桔子问题

例题：父亲将2520个桔子分给6个儿子。分完后父亲说：“老大将分给你的桔子的1/8分给老二；老二拿到后连同原先的桔子分1/7给老三；老三拿到后连同原先的桔子分1/6给老四；老四拿到后连同原先的桔子分1/5给老五；老五拿到后连同原先的桔子分1/4给老六；老六拿到后连同原先的桔子分1/3给老大”。在分桔子的过程中并不存在分得分数个桔子的情形，结果大家手中的桔子正好一样多。问六兄弟原来手中各有多少桔子。

每次分桔子都有两个人的桔子数目发生改变。由于函数只能返回一个值，所以无法通过函数一次求得两个人在分之前的数目，但是利用指针可以完成这样的功能。

问题由6个相同的小问题组成，其中的任一个小问题的提法都可以描述如下。

甲把自己的桔子分给乙“1/n”之后，甲和乙各有桔子若干，求甲把自己的桔子分给乙之前两人桔子的数目。若通过函数完成这个任务，显然需要知道甲分给乙之后两人桔子的数目和“1/n”。由于要求函数改变两个数据的值，所以函数原型可以描述为：

void求甲分给乙之前各自的数目（int pointerto甲的数目，int Pointerto乙的数目，const int n）；

由于这样的函数的前两个参数是指针，所以在函数中不但可以知道“甲的数目”和“乙的数目”（“ pointerto甲的数目”和“ pointerto乙的数目”），也可以通过这一次函数调用同时改变“甲的数目”和“乙的数目”值，即同时求出甲把自己的桔子分给乙之前两人桔子的数目。

程序代码9-9

运行结果如图9-8所示。

图9-8　分桔子问题

练习

1．写一个能实现交换两个“int”变量的值的函数，并通过程序验证函数的功能。

2．改写求调和级数例题，约分部分用一个函数实现。