C語言中的指針教學(xué)探索

摘要：指針在C語言中具有重要的地位，也是初學(xué)者最不容易掌握的內(nèi)容。本文首先介紹了計(jì)算機(jī)的存儲機(jī)制，在此基礎(chǔ)上介紹了指針的概念，并給出了幾個(gè)典型的指針應(yīng)用的例子，說明了指針的方法。

關(guān)鍵詞：C語言；指針；教學(xué)探索

中圖分類號：G642.0 ？搖文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0233-03

指針在C語言中具有重要的地位，也是C語言教學(xué)中學(xué)生最難掌握的內(nèi)容，一個(gè)學(xué)生是否學(xué)會了C語言，從他是否掌握了指針就可以大體上做出評判。本文重點(diǎn)探討一下C語言在指針教學(xué)中的要點(diǎn)和體會。

一、計(jì)算機(jī)的存貯機(jī)制

在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)習(xí)過計(jì)算機(jī)原理、匯編的同學(xué)，對指針的概念比較容易理解，掌握的也比較快，即便遇到一些比較復(fù)雜的指針關(guān)系，也往往能夠通過自己的思考，給出正確的解釋。究其原因，就是因?yàn)檫@些同學(xué)對計(jì)算機(jī)的存儲機(jī)制比較了解，可以將指針與存儲對應(yīng)起來。為此，我們先簡要介紹一下計(jì)算機(jī)的存儲機(jī)制。在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制的形式存儲在內(nèi)存中，內(nèi)存的基本單位是字節(jié)，一個(gè)字節(jié)由8位二進(jìn)制組成，一個(gè)數(shù)可以由一個(gè)字節(jié)表示，也可以由多個(gè)字節(jié)組合在一起表示，與具體的數(shù)值類型有關(guān)。比如，一般來說一個(gè)字符用一個(gè)字節(jié)表示就可以了，而一個(gè)整數(shù)則一般由多個(gè)字節(jié)表示，比如2個(gè)字節(jié)或4個(gè)字節(jié)等。具體由幾個(gè)字節(jié)表示，與具體的C語言編譯器有關(guān)。為了敘述方便，在以下的討論中我們假定字符是一個(gè)字節(jié)，而整數(shù)是兩個(gè)字節(jié)。

內(nèi)存中每個(gè)字節(jié)都有一個(gè)編號，通常稱為該字節(jié)的地址，用于指定該字節(jié)。就好比我們通常用號碼對賓館的房間進(jìn)行編號一樣。地址的長度也是與編譯器有關(guān)的，在這里我們假定地址的長度為4個(gè)字節(jié)。圖1給出了一個(gè)內(nèi)存存儲的示意圖。同樣為了敘述方便，無論是地址還是數(shù)據(jù)我們都使用的是十進(jìn)制或者直接使用字符，而實(shí)際上應(yīng)該是二進(jìn)制的。在圖1中，左邊的表示地址，右邊的表示存儲的內(nèi)容。在1000～1001這兩個(gè)地址中，存儲的分別是字符a、b，每個(gè)各種一個(gè)字節(jié)。1002和1004開始的兩個(gè)字節(jié)，存儲的分別是123和456兩個(gè)整數(shù)。2010、2014和2018開始的4個(gè)字節(jié)，分別存儲了1003、1000和2010，其含義我們在后面再介紹。在C語言中，一個(gè)變量是與一個(gè)地址所對應(yīng)的，比如，如果定義了變量：int n，m；則編譯器會自動為n、m分別分配一個(gè)地址，變量n、m的值就分別存儲在它們所對應(yīng)的地址中。

二、指針的基本概念

什么是指針？簡單地說指針就是其值為地址的變量。一個(gè)指針變量的值是某個(gè)地址，該變量所指向的內(nèi)容，則是該地址中所存儲的內(nèi)容。如同整型變量一樣，指針變量也是一個(gè)變量，只不過整型變量的值是整數(shù)，而指針變量的值是一個(gè)指針，也就是說是一個(gè)地址，通過該地址可以找到指針?biāo)赶虻膬?nèi)容。下面討論中，指針變量我們簡稱為指針。我們先通過一個(gè)類比的例子來說明指針的概念。假設(shè)某賓館有101、102……等房間，這些房間中，有些是住人的，比如101房間住的是張三，102房間住的是李四，則可以認(rèn)為101房間的值是張三，102房間的值是李四。這個(gè)賓館有些奇怪，除了住人的房間外，還有一些房間并不住人，里面只是有一個(gè)牌子，上面寫著某個(gè)房間號。比如說，105這個(gè)房間，里面的牌子上寫著102。那么105房間就可以認(rèn)為對應(yīng)一個(gè)指針變量，其值是一個(gè)地址102，該指針?biāo)赶虻闹担褪?02房間的李四。這里要區(qū)分出指針自己的值以及指針?biāo)赶虻闹怠Ｔ谠摾又校?05房間（指針）自己的值是102，其指向的值是李四。結(jié)合圖1的例子，我們假設(shè)有以下定義：int *p1；char *p2；假設(shè)編譯器為p1、p2分別分配的地址是圖1中的2010和2014，則p1的值是1002，是一個(gè)地址，而p1所指向的內(nèi)容，即*p1的值為地址1002中所存儲的內(nèi)容，即整數(shù)123。同樣，p2的值是1000，也是一個(gè)地址，p2所指向的內(nèi)容，即*p2的值為字符a。有了以上指針的基本概念后，再復(fù)雜的指針，也可以一步推導(dǎo)出具體的含義。比如如下的指針的指針的定義：int **p；還是假定編譯器為p分配的地址是圖1中的2018。則p的值是2010，是一個(gè)地址。P所指向的內(nèi)容，也就是*p的值是地址2010中的內(nèi)容1002，還是一個(gè)地址。P所指向的內(nèi)容的內(nèi)容，即**p就是存貯在1002中的整數(shù)123。C語言中，操作符“&”可以得到一個(gè)變量的地址，比如：int n，*p；就可以通過p=&n得到變量n的地址，并賦值給指針p。

三、指針的應(yīng)用

在C語言中，指針的應(yīng)用比較多，有些情況是用指針會比較方便，有些情況是必須用指針。下面給出幾個(gè)有關(guān)指針使用的例子。

1.交換兩個(gè)變量的數(shù)據(jù)，編寫一個(gè)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變量數(shù)據(jù)的交換，初學(xué)者很可能給出這樣的定義：

void swap（int a，int b）

{

int t=a；

a=b；

b=t；

}

當(dāng)為了交換兩個(gè)變量的數(shù)值時(shí)，則這樣調(diào)用：

main（）

{

int x=10，y=20；

printf（“%d %d/n”，x，y）；

swap（x，y）；

printf（“%d %d/n”，x，y）；

}

但是，當(dāng)你運(yùn)行該程序時(shí)，卻驚奇的發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不正確。這是為什么呢？這與C語言中參數(shù)的傳遞機(jī)制有關(guān)。在調(diào)用swap函數(shù)時(shí)，x、y的值傳遞給了參數(shù)a、b，在函數(shù)內(nèi)部交換的實(shí)際上是a、b的值，而不是x、y的值。那么如何解決這個(gè)問題呢？在C語言中就需要用到指針了。正確的swap函數(shù)的定義及調(diào)用如下：

void swap（int *a，int *b）

{

int t=*a；endprint

*a=*b；

*b=t；

}

main（）

{

int x=10，y=20；

printf（“%d %d/n”，x，y）；

swap（&x，&y）；

printf（“%d %d/n”，x，y）；

}

這樣為什么就是正確的呢？因?yàn)橥ㄟ^取地址操作&分別得到了x、y的地址，在函數(shù)調(diào)用時(shí)，作為參數(shù)x、y的地址傳遞給了a、b，在swap內(nèi)部，交換的是a、b所指向的內(nèi)容，而a、b所指向的內(nèi)容，實(shí)際上就是x、y的值，從而達(dá)到了交換x、y值的目的。假設(shè)x、y的地址分別是1000和1002，而在調(diào)用swap時(shí)，分配給a、b的地址分別是2000和2004。由于x、y均為整數(shù)，這里假定整數(shù)占用兩個(gè)字節(jié)；而a、b均為指針，假定占用4個(gè)字節(jié)，如圖2所示。通過取地址操作分別得到x、y的地址1000和1002，并作為參數(shù)傳遞給了a和b，在swap內(nèi)部交換a、b所指向的內(nèi)容，實(shí)際上交換的就是內(nèi)存地址1000和1002的內(nèi)容，也就是x和y的內(nèi)容。所以，通過指針操作，達(dá)到了交換x、y的值的目的。

2.鏈表。鏈表的功能與數(shù)組有些類似，但是鏈表的長度不固定，可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)整，可長可短。而且鏈表最大的好處是插入、刪除比較方便。比如說，用鏈表記錄某一門課的成績，選修的學(xué)生人數(shù)少的可能有十幾人，多的可能有幾百人。如果用數(shù)組，則可能需要定義一個(gè)最大值，無論學(xué)生多少，都需要定義這么大的數(shù)組。而如果用鏈表的話，則可以根據(jù)學(xué)生的多少，動態(tài)的變化。再比如，如果某個(gè)學(xué)生中途退選了這門課程，需要?jiǎng)h除該學(xué)生的有關(guān)信息，如果是數(shù)組的話，特別是當(dāng)需要?jiǎng)h除的學(xué)生排在第一位時(shí)，則需要在數(shù)組中移動所有學(xué)生的信息。而鏈表，則可以比較容易地刪除一個(gè)學(xué)生的信息。插入一個(gè)學(xué)生信息也是如此。特別當(dāng)這種插入、刪除操作頻繁發(fā)生時(shí)，使用鏈表的效率就會比較高。所謂的鏈表，就是一些通過指針鏈接在一起的數(shù)據(jù)單元。一個(gè)數(shù)據(jù)單元由兩部分組成，一部分為數(shù)據(jù)域，用于存放與該數(shù)據(jù)單元有關(guān)的數(shù)據(jù)，一部分為指針域，用于存放鏈表的下一個(gè)單元的地址。鏈表的示意圖如圖3所示。

其中Di表示數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不一定是一個(gè)，可能是一組相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。鏈表最后一個(gè)單元的指針是空指針NULL，表示鏈表結(jié)束，這里用“^”表示。在C語言中，鏈表的單元可以用結(jié)構(gòu)定義。比如，我們要實(shí)現(xiàn)一個(gè)記錄某個(gè)課程成績的鏈表，一個(gè)單元記錄一個(gè)學(xué)生的信息，包括學(xué)號、姓名、成績等。則該單元可以定義如下：

struct NODE

{

？搖int number；

？搖double grade；

？搖struct NODE *next；

}；

這里用nunber表示學(xué)號，grade表示成績，next是指向下一個(gè)單元的指針。那么如何建立一個(gè)鏈表呢？可以通過每次向一個(gè)鏈表插入一個(gè)單元的辦法建立一個(gè)鏈表。要插入一個(gè)單元，首先要為一個(gè)單元分配一個(gè)空間，這可以通過C語言的函數(shù)malloc來實(shí)現(xiàn)，其輸入?yún)?shù)是單元的大小，其返回值是指向該單元的指針。比如本例中，以下調(diào)用就為一個(gè)單元分配了空間，并在p中得到了指向該單元的指針：

strunct NODE *p；p=malloc（sizeof（struct NODE））；假設(shè)list是指向?qū)W生成績鏈表的指針，如果向該鏈表插入一個(gè)單元，其實(shí)很簡單，只要令該單元的next等于list，然后再將list指向該單元就可以了。下面給出向?qū)W生成績鏈表中插入一個(gè)單元的函數(shù)，其中輸入?yún)?shù)分別是指向成績鏈表的指針、學(xué)號、姓名和成績，返回值是指向插入了一個(gè)單元后的成績鏈表的指針。這里假定開始時(shí)，成績鏈表為空，即list的值為NULL。

struct NODE *insert（struct NODE *list，int number，double grade）

{

？搖struct NODE *p；

？搖p = malloc（sizeof（struct NODE））；

？搖p->number = number；

？搖p->grade = grade；

？搖p->next = list；

？搖return p；

}

比如從鍵盤輸入學(xué)生學(xué)號和成績建立成績鏈表，當(dāng)學(xué)號為0時(shí)表示輸入結(jié)束，則程序如下：

struct NODE *list = NULL； //初始的成績鏈表為一個(gè)空表

mail（）

{

？搖int number = 1；

？搖double grade；

？搖while （1）

？搖{

？搖？搖printf（“請輸入學(xué)號、成績：”）；

？搖？搖scanf（“%d %f”， &number， &grade）；

？搖？搖if （number == 0） break；

？搖？搖list = insert（list， number， grade）；？搖}

}

為了輸出成績單，可以用以下的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，其原理就是先輸出成績鏈表的第一個(gè)同學(xué)的成績，然后再通過指針找到下一個(gè)同學(xué)，以此類推，直到下一個(gè)同學(xué)為NULL為止。該函數(shù)的輸入?yún)?shù)為指向成績鏈表的指針。

Printlist（strunct NODE *list）

{

while （list）

？搖{

？搖？搖printf（“學(xué)號：%d 成績：%f＼n”，list->number， list->grade）；endprint

？搖？搖list = list->next；？搖}

}

3.樹結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)簡稱為樹，比如當(dāng)表示一個(gè)家族關(guān)系時(shí)，就需要用到樹結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)也可以用指針實(shí)現(xiàn)。比如某家族情況如下：

A為祖父，B是他的妻子，C、D、E是他們的孩子，其中C、D為男孩，E為女孩，F(xiàn)是C的妻子，G、H是C的孩子。如何表示這樣的一種結(jié)構(gòu)呢？我們可以設(shè)計(jì)這樣的一種結(jié)構(gòu)：

struct TREE

{

char xingming[10]；

strunct TREE *peiou；//指向配偶

strunct TREE *xiongmei；//指向自己的一個(gè)兄弟姐妹

strunct TREE *haizi；//指向自己的孩子鏈表

strunct TREE *fuqin；//指向自己的父親

}

這里，配偶、父親都是唯一的，用指針指向他們就可以了。由于一個(gè)人的兄弟姐妹人數(shù)是不確定的，有的人多有的人少，所以兄弟姐妹之間用上節(jié)介紹的鏈表表示，也就是說，同屬于一個(gè)父親的兄弟姐妹之間，形成一個(gè)鏈表。父親的haizi（孩子）指針，指向該鏈表的第一個(gè)單元，通過該指針，就可以得到一個(gè)人的所有的孩子。示意圖如下：

而這里的父親、妻子、孩子等，也都與張三具有同樣的結(jié)構(gòu)，比如“妻子”，也有指向她父親的指針，她的配偶指針則指向張三，而她的孩子指針，也同張三一樣，指向孩子鏈表。有了這樣的結(jié)構(gòu)和鏈接關(guān)系，就可以很方便地從家族樹中提取出想要的關(guān)系。假設(shè)p是指向張三這個(gè)結(jié)構(gòu)的指針，則有：輸出張三的父親：printf（“%s”，p->fuqin->xingming）；輸出張三的母親，由于這里并沒有直接的“母親”信息，可以通過父親的配偶關(guān)系得到：Printf（“%s”，p->fuqin->peiou->xingming；當(dāng)然，也可以在結(jié)構(gòu)中增加一個(gè)muqin指針，直接指向自己的母親，這完全根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)。比如，如果頻繁的查找某些人母親信息，則可以考慮添加一個(gè)muqin指針，以提高效率。輸出張三的所有孩子：q=p->haizi；

while （q）

{

？搖printf（“%s “，q->xingming）；

？搖q=q->xiongmei；}

在C語言中，指針是比較重要的概念，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難于理解且遇到的比較多的問題。通過在C語言教學(xué)過程中的實(shí)踐，整理了一些針對指針教學(xué)的問題，通過這些問題的講解和分析，學(xué)生往往會加深對指針的理解，希望對有關(guān)C語言的教與學(xué)能起到一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛勝軍.計(jì)算機(jī)組成原理[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000.

[2]王誠，劉衛(wèi)東，宋佳興.計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[3]嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[4]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[5]David J.Kruglinski.Visual.C++技術(shù)內(nèi)幕[M].4版.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[6]H.M.Deitel，P.J.Deitel.C程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[7]黃宇.C語言教學(xué)中幾個(gè)常見的問題[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（10）.endprint

？搖？搖list = list->next；？搖}

}

3.樹結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)簡稱為樹，比如當(dāng)表示一個(gè)家族關(guān)系時(shí)，就需要用到樹結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)也可以用指針實(shí)現(xiàn)。比如某家族情況如下：

A為祖父，B是他的妻子，C、D、E是他們的孩子，其中C、D為男孩，E為女孩，F(xiàn)是C的妻子，G、H是C的孩子。如何表示這樣的一種結(jié)構(gòu)呢？我們可以設(shè)計(jì)這樣的一種結(jié)構(gòu)：

struct TREE

{

char xingming[10]；

strunct TREE *peiou；//指向配偶

strunct TREE *xiongmei；//指向自己的一個(gè)兄弟姐妹

strunct TREE *haizi；//指向自己的孩子鏈表

strunct TREE *fuqin；//指向自己的父親

}

這里，配偶、父親都是唯一的，用指針指向他們就可以了。由于一個(gè)人的兄弟姐妹人數(shù)是不確定的，有的人多有的人少，所以兄弟姐妹之間用上節(jié)介紹的鏈表表示，也就是說，同屬于一個(gè)父親的兄弟姐妹之間，形成一個(gè)鏈表。父親的haizi（孩子）指針，指向該鏈表的第一個(gè)單元，通過該指針，就可以得到一個(gè)人的所有的孩子。示意圖如下：

而這里的父親、妻子、孩子等，也都與張三具有同樣的結(jié)構(gòu)，比如“妻子”，也有指向她父親的指針，她的配偶指針則指向張三，而她的孩子指針，也同張三一樣，指向孩子鏈表。有了這樣的結(jié)構(gòu)和鏈接關(guān)系，就可以很方便地從家族樹中提取出想要的關(guān)系。假設(shè)p是指向張三這個(gè)結(jié)構(gòu)的指針，則有：輸出張三的父親：printf（“%s”，p->fuqin->xingming）；輸出張三的母親，由于這里并沒有直接的“母親”信息，可以通過父親的配偶關(guān)系得到：Printf（“%s”，p->fuqin->peiou->xingming；當(dāng)然，也可以在結(jié)構(gòu)中增加一個(gè)muqin指針，直接指向自己的母親，這完全根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)。比如，如果頻繁的查找某些人母親信息，則可以考慮添加一個(gè)muqin指針，以提高效率。輸出張三的所有孩子：q=p->haizi；

while （q）

{

？搖printf（“%s “，q->xingming）；

？搖q=q->xiongmei；}

在C語言中，指針是比較重要的概念，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難于理解且遇到的比較多的問題。通過在C語言教學(xué)過程中的實(shí)踐，整理了一些針對指針教學(xué)的問題，通過這些問題的講解和分析，學(xué)生往往會加深對指針的理解，希望對有關(guān)C語言的教與學(xué)能起到一定的幫助。

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[7]黃宇.C語言教學(xué)中幾個(gè)常見的問題[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（10）.endprint

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}

3.樹結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)簡稱為樹，比如當(dāng)表示一個(gè)家族關(guān)系時(shí)，就需要用到樹結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)也可以用指針實(shí)現(xiàn)。比如某家族情況如下：

A為祖父，B是他的妻子，C、D、E是他們的孩子，其中C、D為男孩，E為女孩，F(xiàn)是C的妻子，G、H是C的孩子。如何表示這樣的一種結(jié)構(gòu)呢？我們可以設(shè)計(jì)這樣的一種結(jié)構(gòu)：

struct TREE

{

char xingming[10]；

strunct TREE *peiou；//指向配偶

strunct TREE *xiongmei；//指向自己的一個(gè)兄弟姐妹

strunct TREE *haizi；//指向自己的孩子鏈表

strunct TREE *fuqin；//指向自己的父親

}

這里，配偶、父親都是唯一的，用指針指向他們就可以了。由于一個(gè)人的兄弟姐妹人數(shù)是不確定的，有的人多有的人少，所以兄弟姐妹之間用上節(jié)介紹的鏈表表示，也就是說，同屬于一個(gè)父親的兄弟姐妹之間，形成一個(gè)鏈表。父親的haizi（孩子）指針，指向該鏈表的第一個(gè)單元，通過該指針，就可以得到一個(gè)人的所有的孩子。示意圖如下：

而這里的父親、妻子、孩子等，也都與張三具有同樣的結(jié)構(gòu)，比如“妻子”，也有指向她父親的指針，她的配偶指針則指向張三，而她的孩子指針，也同張三一樣，指向孩子鏈表。有了這樣的結(jié)構(gòu)和鏈接關(guān)系，就可以很方便地從家族樹中提取出想要的關(guān)系。假設(shè)p是指向張三這個(gè)結(jié)構(gòu)的指針，則有：輸出張三的父親：printf（“%s”，p->fuqin->xingming）；輸出張三的母親，由于這里并沒有直接的“母親”信息，可以通過父親的配偶關(guān)系得到：Printf（“%s”，p->fuqin->peiou->xingming；當(dāng)然，也可以在結(jié)構(gòu)中增加一個(gè)muqin指針，直接指向自己的母親，這完全根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)。比如，如果頻繁的查找某些人母親信息，則可以考慮添加一個(gè)muqin指針，以提高效率。輸出張三的所有孩子：q=p->haizi；

while （q）

{

？搖printf（“%s “，q->xingming）；

？搖q=q->xiongmei；}

在C語言中，指針是比較重要的概念，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難于理解且遇到的比較多的問題。通過在C語言教學(xué)過程中的實(shí)踐，整理了一些針對指針教學(xué)的問題，通過這些問題的講解和分析，學(xué)生往往會加深對指針的理解，希望對有關(guān)C語言的教與學(xué)能起到一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

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