【c语言指针详解】指针的高级应用

目录

一、指针和字符串

1.1 字符串和字符数组的关系

1.2 字符串常量和字符指针的使用

1.3 字符串函数库的指针参数

1.3.1 strlen 函数

1.3.2 strcpy 函数

1.3.3 strcat 函数

1.3.4 strcmp 函数

二、指针的高级应用

2.1 函数指针的定义和使用

2.2 回调函数和函数指针数组的应用

2.2.1 回调函数

2.2.2 函数指针数组

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一、指针和字符串

1.1 字符串和字符数组的关系

在 C 语言中，字符串是由字符组成的字符数组，以空字符（‘\0’，ASCII 值为 0）作为结尾。

下面是一个示例代码，演示了字符串和字符数组的关系：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    // 直接初始化字符数组
    char str1[] = "Hello, World!";

    // 声明字符数组并赋值
    char str2[15];
    str2[0] = 'H';
    str2[1] = 'e';
    str2[2] = 'l';
    str2[3] = 'l';
    str2[4] = 'o';
    str2[5] = '\0';  // 字符串的结尾需要加上空字符

    printf("str1: %s\n", str1);
    printf("str2: %s\n", str2);

    // 通过字符数组逐个字符访问和修改字符串
    str1[7] = 'w';
    printf("Modified str1: %s\n", str1);

    // 使用字符数组进行字符串拼接
    char str3[30] = "Welcome ";
    char name[] = "Alice";
    strcat(str3, name);
    printf("str3: %s\n", str3);

    return 0;
}

输出结果如下：

1.2 字符串常量和字符指针的使用

在 C 语言中，字符串常量是由连续的字符组成的字符数组，以空字符 '\0' 结束。字符串常量使用双引号 " 括起来。例如：

char str[] = "Hello, World!"; // 字符数组，其内容为字符串常量

字符串常量在内存中被存储为只读数据，在大多数情况下，不能对其进行修改。因此，通常将字符串常量声明为字符指针（const char* 类型），来指向字符串常量的首地址。例如：

const char* str = "Hello, World!"; // 字符指针，指向字符串常量

以下是一个关于字符串常量和字符指针的使用示例代码：

#include <stdio.h>

int main() {
    // 声明字符串常量
    char str1[] = "Hello, World!"; // 字符数组
    const char* str2 = "Hello, World!"; // 字符指针

    printf("str1: %s\n", str1);
    printf("str2: %s\n", str2);

    // 使用字符指针访问字符串
    char* ptr = str1; // 字符指针指向字符数组
    while (*ptr != '\0') {
        printf("%c", *ptr);
        ptr++;
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

输出结果如下：

1.3 字符串函数库的指针参数

C 语言提供了一组字符串函数库（如 <string.h>）来操作字符串。 这些字符串函数通常使用指针参数来接收和处理字符串数据。例如strlen、strcpy、strcat、strcmp 等。

1.3.1 strlen 函数

strlen 函数接受一个指向字符串的指针，并返回该字符串的长度，即字符的个数。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str[] = "Hello,WeTab!";

    size_t len = strlen(str);
    printf("Length of the string: %zu\n", len);

    return 0;
}

输出结果如下：

注意：strlen 函数只计算字符串中的字符数目，不包括字符串末尾的空字符 \0。这是因为在 C 语言中，字符串以空字符作为结束标志。

1.3.2 strcpy 函数

strcpy 函数接受两个参数，一个目标字符串和一个源字符串的指针。它将源字符串中的内容复制到目标字符串中，并返回目标字符串的指针。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char source[] = "Hello, WeTab!";
    char destination[50];

    strcpy(destination, source);
    printf("Copied string: %s\n", destination);

    return 0;
}

输出结果如下：

注意：strcpy 函数会将源字符串中的内容复制到目标字符串中，包括末尾的空字符 \0。因此，在目标字符串中需要有足够的空间来存储源字符串的内容。建议在使用 strcpy 函数时，确保目标字符串足够大，以避免发生缓冲区溢出的问题。

1.3.3 strcat 函数

strcat 函数接受两个参数，一个目标字符串和一个源字符串的指针。它将源字符串中的内容追加到目标字符串的末尾，并返回目标字符串的指针。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char destination[50] = "Hello,";
    char source[] = " WeTab!";

    strcat(destination, source);
    printf("Concatenated string: %s\n", destination);

    return 0;
}

输出结果如下：

注意：strcat 函数会将源字符串中的内容追加到目标字符串的末尾，并在末尾加上空字符 \0。因此，在使用 strcat 函数之前，目标字符串必须以空字符结尾，并且有足够的空间来存储源字符串的内容和终止空字符。此外，类似 strcpy 函数，使用 strcat 函数时也应注意目标字符串的长度和避免发生缓冲区溢出的问题。

1.3.4 strcmp 函数

strcmp 函数接受两个参数，两个字符串的指针。它将两个字符串进行比较，并返回一个整数：
如果 str1 按照字典序小于 str2，返回负数；
如果 str1 等于 str2，返回 0；
如果 str1 按照字典序大于 str2，返回正数。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str1[] = "hello";
    char str2[] = "world";
    char str3[] = "hello";
    
    int result1 = strcmp(str1, str2);
    int result2 = strcmp(str1, str3);
    
    printf("strcmp(str1, str2) 返回值: %d\n", result1);
    printf("strcmp(str1, str3) 返回值: %d\n", result2);
    
    return 0;
}

输出结果如下：

二、指针的高级应用

2.1 函数指针的定义和使用

函数指针是指向函数的指针，可以将其视为指向包含函数代码的内存位置的指针。

函数指针的类型定义为：返回类型 (*指针变量名)(参数列表)。

可以通过名称或指针来调用函数，函数指针可以用来动态调用函数。

示例代码：

#include <stdio.h>

// 声明一个函数指针类型
typedef int (*Operation)(int, int);

// 定义加法函数
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 定义减法函数
int subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

int main() {
    // 定义函数指针变量
    Operation op;
    
    // 把函数赋值给函数指针变量
    op = add;
    
    // 通过指针变量调用函数
    int result = op(5, 3);
    printf("加法的结果: %d\n", result);
    
    // 修改指针变量的值，指向减法函数
    op = subtract;
    
    // 通过指针变量调用函数
    result = op(5, 3);
    printf("减法的结果: %d\n", result);
    
    return 0;
}

输出结果如下：

2.2 回调函数和函数指针数组的应用

2.2.1 回调函数

回调函数是指当我们调用一个函数时，把另一个函数的指针作为一个参数传递给它，在这个函数完成后再调用这个指针所指向的函数，这就是回调函数。

示例代码：

#include <stdio.h>

// 回调函数类型
typedef void (*Callback)(int);

// 函数指针变量数组类型
typedef Callback CallbackArray[3];

// 回调函数实现
void my_callback(int number) {
    printf("回调函数被调用，参数为：%d\n", number);
}

// 调用函数
void call_function(Callback callback_func) {
    printf("调用函数执行...\n");
    callback_func(123);
    printf("调用函数结束。\n");
}

int main() {
    // 使用回调函数
    printf("使用回调函数：\n");
    call_function(my_callback);
    
    // 使用函数指针数组
    printf("使用函数指针数组：\n");
    CallbackArray callbacks = { my_callback, my_callback, my_callback };
    callbacks[0](1);
    callbacks[1](2);
    callbacks[2](3);
    
    return 0;
}

输出结果如下：

2.2.2 函数指针数组

函数指针数组是指向函数指针的指针数组，可以用于存储多个函数指针。

函数指针数组的声明方式如下：

ReturnType (*FunctionName[])(ParameterTypes) = {Function1, Function2, ..., FunctionN};

其中，ReturnType表示函数的返回类型，FunctionName表示函数指针数组的名称，ParameterTypes表示函数的参数类型，Function1到FunctionN表示要存储在数组中的函数指针。

示例代码：

#include <stdio.h>

// 函数原型
void Function1();
void Function2();
void Function3();

int main() {
    // 定义函数指针数组
    void (*functionPointers[])(void) = {Function1, Function2, Function3};

    // 调用函数指针数组中的函数
    functionPointers[0](); // 调用Function1
    functionPointers[1](); // 调用Function2
    functionPointers[2](); // 调用Function3

    return 0;
}

void Function1() {
    printf("This is Function1.\n");
}

void Function2() {
    printf("This is Function2.\n");
}

void Function3() {
    printf("This is Function3.\n");
}

输出结果如下：

函数指针数组在C语言中经常用于实现回调机制和多态。通过存储不同函数的指针，我们可以在运行时动态地选择执行不同的函数，从而实现程序的可扩展性和灵活性。