c++之指针作为函数参数传递的问题

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作者：清林，博客名：飞空静渡

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其实，对于C 或者C++ ，最难的一块地方估计就是指针了。指针是强大的，但也是很多人载在这里的地方。

前段时间写了一篇文章《C ＋＋之 数组与指针的异同 》对C 和C ＋＋中的指针做了一个初步的讲解。这次将讲解一下指针作为函数参数传递的问题。

很多人对于指针的使用是有所了解的，但还是经常会载在指针的问题上，是因为还不够了解指针的本质，其实如果了解指针的本质，对指针的使用也就一目了然了。

作为C 的初学者，经常会遇到指针作为函数参数传递的两个经典的问题。这里，我将透过指针的本质来来讲解这两个问题，这样以后无论你遇到什么样的指针问题，如果你以这样的方法来分析指针也许就迎刃而解了！

首先，第一个问题是这样的：
写一个函数，交换两个参数中的值。

初学者往往会这样写：

void exchange(int x, int y)
{
int p=x;
x = y;
y = p;
}

之后，你会查找资料了解到应该这样写：
void exchange(int ＊x, int ＊y)
{
int ＊p=x;
＊x = ＊y;
＊y = ＊p;
}

第二个问题是，写一个给某个指针分配内存的函数：
初学者往往是这样写：
void my_malloc(void* p, int size)
{
p = malloc(sizeof(int)*size);
}

然后又查在资料，知道应该这么写：
void my_malloc(void** p, int size)
{
*p = malloc(sizeof(int)*size);
}

虽然，网上很多这样的讨论，也有很多人做过很多的解释，但始终都无法给出一个令人一目了然，并可以长久记住的说法，这篇文章就是想试图解决这样的问题，给初学者一个原理性的了解！

首先，一定一定记住一点， 指针和变量一样，也是有地址的，只不过变量的值被解释成一个值，而指针的值被解释成一个地址。

下面，我们看一下代码：
void main()
{
int x;
int *p;
}

我们看这个函数的内存结构：


这是一个函数的栈结构，我们可以看到，变量和指针都占用了4 个字节。而且，由于我们对它们没有初始化，所以变量x 和指针p 里的内容都是随机的，就是说x 的值是不确定的，p 有可能指向某个内存地址，如果现在对p 操作也许会导致程序崩溃。

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其实，我们记住了，指针也是有地址的 这个概念，很多问题就迎刃而解了。

下面，我来分析一下，指针作为函数参数传递的情况。
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如果，我们的代码是这样的，你看会怎么样：
int main(int argc, char* argv[])
{
int *a = new int(10);
func(a);
return 0;
}

第一个要说的当然是：指针也是有地址的。
第二个要说的是：当给一个函数的参数传递一个变量是，这个变量是复制过去的。

对于第二点，我们在理解void exchange(int x, int y) 函数想交换这两个变量的的值时就应该理解了。
例如：
int a;
int b;
exchange(a,b);
不能交换a 和b 的值，因为此时exchange(a,b) 中的a 和b 并不是原来的a 和b 变量，它们只不过是被复制过去了。

有了这两个概念，就不难理解指针作为函数参数传递的问题。

首先，我们来看下上面的代码中的a 指针和p 指针的内存结构。

我们看到，当我们以a 作为func 函数的参数传递进去的时候，函数复制了这个指针，但这两个指针的内容是一样的，也就是说是指向同一个内存，即10 。


如果你还不了解的话，我就通过一段代码和测试再来说明：

view plaincopy to clipboardprint?
#include <stdio.h> 
void func(int* p) 
{ 
    printf("*p = %d\n", *p); 
    printf("&p = %p\n", &p); 
} 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    int *a = new int(10); 
    printf("*a = %d\n", *a); 
    printf("&a = %p\n", &a); 
    func(a); 
    return 0; 
} 



编译：g++ -g -Wall test1.cpp
运行：./a.out
输出：
*a = 10
&a = 0xbfd4447c
*p = 10
&p = 0xbfd44460

我们看到输出，a 指向的地址的值和p 指向的地址里的值是一样的，都是10 。然而，对于指针a 和p 来说，它们自身的地址是不一样的，所以我们看到，函数func 复制了指针a 给p ，它们的值一样，但有不同的地址，是不同的指针。

我们再进一步：
view plaincopy to clipboardprint?
#include <stdio.h> 
void func(int* p) 
{ 
    printf("*p = %d\n", *p); 
    printf("&p = %p\n", &p); 
    printf("&*p = %p\n", &*p); 
} 
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    int *a = new int(10); 
    printf("*a = %d\n", *a); 
    printf("&a = %p\n", &a); 
    printf("&*a = %p\n", &*a); 
    func(a); 
    return 0; 
} 



编译输出：
*a = 10
&a = 0xbfe1c77c
&*a = 0x94b6008
*p = 10
&p = 0xbfe1c760
&*p = 0x94b6008

我们可以进一步看到，a 指针所指向的值的地址和p 指针所指向的值的地址是一样的，都是 0x94b6008 ，就如同上图所示，为了加深印象，再看一下这个图 ，然后再对比一下程序输出 ，然后在体会一下我在上面提到的两点 ，一点是：指针是有地址的 。另一点是：函数的参数是复制过去的 。




说到这里，我们再回到文章开始时提到的两个问题，一个是交换问题：

void exchange(int ＊x, int ＊y)
{
int ＊p=x;
＊x = ＊y;
＊y = ＊p;
}

那么这样为什么可以交换：
int a = 2;
int b = 3;
exchange(&a, &b);

上我们以a 和b 的地址传递给exchange 函数时，函数复制了这两个地址，并赋值给x 和y 这个两个指针，这两个指针是指向变量a 和b 的，它们的图形如下：


那么，当我们反引用指针时：
int ＊p=x;
＊x = ＊y;
＊y = ＊p;

我们操作的是a 和b 里面的变量的值，所以，我们交换a 和b 的值就成功了。

我们再来看下第二个问题：
void my_malloc(void* p, int size)
{
p = malloc(sizeof(int)*size);
}
当这样时：
int *a;
my_malloc(a, 10);
为什么这个会失败！

下面，我来分析一下：
当我们调用my_malloc(a, 10); 函数，而函数还没执行到p = malloc(size); 语句时，情况是这样的：


我们看到a 和p 的指针的值都是一样的，都是指向某个不确定的地址。
这时，我们执行这个语句：
p = malloc(sizeof(int)*size);
我们把这个语句分开两部分来看，一个是先执行malloc(sizeof(int)*size) ，然后在执行赋值语句，把malloc(sizeof(int)*size) 的返回值付给p 。
第一步：先执行malloc(sizeof(int)*size) ；（这里我们只考虑malloc 分配内存成功的情况）

第二步：把执行malloc(sizeof(int)*size) 的返回值付给了p ，如下图：


由上图，我们可以知道，这就是为什么，我们还是不能给a 分配地址的了。

下面我们来分析这个：
void my_malloc(void** p, int size)
{
*p = malloc(sizeof(int)*size);
}

int *a;
my_malloc(&a ， 10);
这样执行，为什么会成功！


我们看到，当执行函数
my_malloc(void** p, int size);
但还没有执行
*p = malloc(sizeof(int)*size);
语句时，它们的内存结构图如下所示：


其实这里，我们可以把二维指针和一维指针当成和变量一样，也是有地址的。只不过它的解释不一样而已。
变量：里面的值是一个数值。
一维指针：里面的值是个地址，而这个地址里的值是个数值。
二维指针：里面的值是个地址，而这个地址里的值也是个地址。

那么，我看着图来解释p ：
p 里面是一个地址，这个地址是&a ，即是a 指针的地址值，而a 指针地址里面的值也是个地址，这个地址是指向一个不确定的地方，说得坳口，慢慢对比图来理解就会好了！

执行malloc(size) 后的图如下：


然后在执行赋值语句：
*p = malloc(sizeof(int)*size);
后，如下图所示：


然后，我们就给指针a 分配内存成功了。