【原創】淺談指針（二）

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前言

最近，指針確實逐漸淡出我們的生活了。但是，指針又是必不可少的，它在日常編程中又有着很大的作用。曾經noip初賽的閱讀程序寫結果，還經常考指針題，以及函數的傳參機制，例如*a++這個語句。然而近兩年，這些題目也不再出現了。
指針其實是C++中一個非常值得深究的語法。到目前為止，可能說，沒有人能夠完全理解指針。我們所學的，只是指針中，極小的一部分。
好了，讓我們開始吧，繼續今天的指針學習。

函數的傳參機制

現在，讓我們輸入兩個數，將兩數反轉后輸出。可能有人會問，標准庫不是有一個swap函數嗎？那好，我們就自己寫一個swap函數。

#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int a,int b){
    int temp=a;a=b;b=temp;
}
int main(){
  int a,b;
  cin>>a>>b;
  Swap(a,b);
  cout<<a<<" "<<b;
  return 0;
}

那好，我們來運行吧。輸入：4 5
輸出：4 5

看來這個函數有點問題啊，沒有交換變量的值。我們嘗試把他寫進主函數，像是這樣：

#include<iostream>
using namespace std;
//void Swap(int a,int b){
//    int temp=a;a=b;b=temp;
//}
int main(){
  int a,b;
  cin>>a>>b;
  //Swap(a,b);
  int temp=a;a=b;b=temp;
  cout<<a<<" "<<b;
  return 0;
}

這樣輸出是正常的，這就奇怪了，為什么沒有交換變量的值呢？

我們來做個實驗。運行下面代碼，看看它會輸出什么？

#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int a,int b){
    int temp=a;a=b;b=temp;
    cout<<&a<<" "<<&b<<endl;
}
int main(){
  int a,b;
  cin>>a>>b;
  Swap(a,b);
  //int temp=a;a=b;b=temp;
  cout<<&a<<" "<<&b<<endl;
  return 0;
}

我在wandbox在線編譯器運行了這個代碼，輸出是：
0x7ffdaa89e65c 0x7ffdaa89e658
0x7ffdaa89e68c 0x7ffdaa89e688

在菜鳥在線編譯器的輸出：
0x7ffd6da5b4fc 0x7ffd6da5b4f8
0x7ffd6da5b52c 0x7ffd6da5b528

可以看到，在多個編譯器中，輸出的main函數中ab的地址和swap函數中ab地址是不同的。既然它們被保存在不同的地址，swap函數中的ab交換了，但是main函數的ab沒有交換。
就像某個上司讓他的部下交換他檔案櫃的文件，但是上司給部下的文件是檔案櫃中的復印件，那么那位部下無論怎么做，都無法把檔案櫃的文件交換。這是同樣的道理。
那我們怎么辦呢？我們可以嘗試用指針解決這個問題。這是唯一的方法。
（更准確的說，使用引用同樣可以解決問題，引用會在下一章予以介紹）

#include<iostream>
using namespace std;
void Swap(int *a,int *b){
    int temp=*a;*a=*b;*b=temp;
}
int main(){
  int a,b;
  cin>>a>>b;
  Swap(&a,&b);
  cout<<a<<" "<<b<<endl;
  return 0;
}

我們如果向swap函數傳遞a和b的地址，那么，swap里面的a和b，其實就是main里面的a和b。這樣一來，就可以交換了。如果那個上司告訴了他的部下檔案櫃的地址，那么部下就可以根據地址，找到櫃子里的文件，自然也就可以交換櫃子里的文件了。
有沒有發現，這里swap函數中，參數是傳遞的地址，那么參數前必須加&號。想起來了嗎？scanf也是這樣寫的！實際上，scanf也使用了指針的機制！

鏈表

struct LIST{
    int n;
    struct LIST* next;
};

鏈表中，需要知道下一個元素的地址才能進行查找下一個元素。因此，需要把指針作為結構體成員。最后一個元素的next置放NULL，通知程序“后面已經沒有元素了”。
如果要查找節點s的下一個元素，就是(*s).next，注意括號雖然麻煩但是不可省略。
當然，還有一種簡寫形式，即
(*s).next=s->next

如果要刪除元素，我們可以這樣執行：

LIST *x=s->next;
s->next=s->next->next;
free(x);

連用了兩次結構體運算符->。

函數指針

上一篇文章說過，程序是保存在內存中的，自然也可以使用指針指向我們的程序中的函數。這種指針稱作函數指針。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int f(int a){
    printf("a..%d",a);
}
int (*p)(int a);
int main(){
    p=f;
    (*p)(5);
}

int (*p)(int a);一句表示聲明一個叫做a的函數指針。有人會問，這是指向函數的指針，先把表示指針的*號使用括號括起來是不是很奇怪？事實上，由於表示函數的()優先級比*高，如果不加括號，
int *p(int a);

編譯器會把它當作一個返回值是int*的函數p。就不是函數指針了。

把函數指針當作參數使用

stdlib.h中，有一個函數atexit，作用是“當程序正常退出時執行這一函數”。程序實例：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
void f(){
    cout<<"Hello, World!";
}
int atexit(void (*func)(void));
int main(){
    atexit(f);
    return 0;
}

其中，atexit的參數就是一個函數指針，將地址f賦值給了atexit的參數地址func，在結束時執行f。
順便一提，既然函數可以看成指針，那么能否對其執行取數值操作呢？使用*運算符可以取到地址的數值。答案是不能。在表達式中，如果對函數地址前添加*號，f暫時會變成函數。但由於在表達式中，它又會變為“指向函數的指針”。也就是說，這種情況下，對函數用*運算符無意義。
因此，

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
    (********printf)("hello");
    return 0;
}

這樣的操作也能輸出hello。

從1開始的數組

眾所周知，C++的數組從0開始，但是使用某些指針的技巧，可以使數組下標從1開始計數。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int a[10];
int *p;
int main(){
    p=&a[-1];
    for(int i=1;i<=10;i++)cin>>p[i];
    for(int i=1;i<=10;i++)cout<<p[i]<<" ";
}

程序把p指向了不存在的元素a[-1]，這樣，p[1]等於a[0]，p[10]等於a[9]，就可以讓下標從1到10計算了。
當然，這個程序違反了C標准，標准規定指針只能指向數組內的元素和數組最后元素的下一個元素，其他情況均屬於未定義（這與是否發生讀寫無關）。至於為什么標准允許讓指針指向數組最后元素的下一個元素（例如在上例中指向不存在的a[10]），大家可以自己探究，我將會在下期給出答案。
順帶一提，fortran的數組從1開始計數，因此，為了把fortran程序移植到c程序過程中，經常使用這種“違背標准的技巧”。

完。下期再見。