指针（Pointers）

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2023-12-01

D编程指针简单易学。使用指针可以更轻松地执行某些D编程任务，并且没有它们就无法执行其他D编程任务，例如动态内存分配。一个简单的指针如下所示。

指针指向变量的地址，而不是直接指向变量。如您所知，每个变量都是一个内存位置，并且每个内存位置都定义了其地址，可以使用＆符号（＆）运算符来访问它，该运算符表示内存中的地址。考虑以下内容，打印定义的变量的地址 -

import std.stdio;
void main () { 
   int var1; 
   writeln("Address of var1 variable: ",&var1);  
   char var2[10]; 
   writeln("Address of var2 variable: ",&var2); 
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 -

Address of var1 variable: 7FFF52691928 
Address of var2 variable: 7FFF52691930

什么是指针？

pointer是一个变量，其值是另一个变量的地址。与任何变量或常量一样，您必须先声明指针才能使用它。指针变量声明的一般形式是 -

type *var-name;

这里， type是指针的基类型; 它必须是有效的编程类型， var-name是指针变量的名称。用于声明指针的星号与用于乘法的星号相同。然而; 在此语句中，星号用于将变量指定为指针。以下是有效的指针声明 -

int    *ip;    // pointer to an integer 
double *dp;    // pointer to a double 
float  *fp;    // pointer to a float 
char   *ch     // pointer to character

所有指针的值的实际数据类型，无论是整数，浮点数，字符还是其他，都是相同的，是表示内存地址的长十六进制数。不同数据类型的指针之间的唯一区别是指针指向的变量或常量的数据类型。

在D编程中使用指针

当我们非常频繁地使用指针时，几乎没有重要的操作。

我们定义一个指针变量
将变量的地址分配给指针
最后访问指针变量中可用地址的值。

这是通过使用一元运算符*来完成的，该运算符*返回位于其操作数指定的地址处的变量的值。以下示例使用这些操作 -

import std.stdio; 
void main () { 
   int var = 20;   // actual variable declaration. 
   int *ip;        // pointer variable
   ip = &var;   // store address of var in pointer variable  
   writeln("Value of var variable: ",var); 
   writeln("Address stored in ip variable: ",ip); 
   writeln("Value of *ip variable: ",*ip); 
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 -

Value of var variable: 20 
Address stored in ip variable: 7FFF5FB7E930 
Value of *ip variable: 20

空指针

如果您没有要分配的确切地址，将指针NULL分配给指针变量始终是一个好习惯。这是在变量声明时完成的。指定为null指针称为null指针。

空指针是一个常量，其值为零，在几个标准库中定义，包括iostream。考虑以下程序 -

import std.stdio;
void main () { 
   int  *ptr = null; 
   writeln("The value of ptr is " , ptr) ;  
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 -

The value of ptr is null

在大多数操作系统上，程序不允许访问地址0处的内存，因为该内存是由操作系统保留的。然而; 内存地址0具有特殊意义; 它表示指针不是指向可访问的内存位置。

按照惯例，如果指针包含null（零）值，则假定它指向任何内容。要检查空指针，可以使用if语句，如下所示 -

if(ptr)     // succeeds if p is not null 
if(!ptr)    // succeeds if p is null

因此，如果所有未使用的指针都被赋予空值并且您避免使用空指针，则可以避免意外滥用未初始化的指针。很多时候，未初始化的变量会保留一些垃圾值，并且调试程序变得很困难。

指针算术

可以在指针上使用四个算术运算符:++， - ，+和 -

为了理解指针运算，让我们考虑一个名为ptr的整数指针，它指向地址1000.假设32位整数，让我们对指针执行以下算术运算 -

ptr++

那么ptr将指向位置1004，因为每次ptr递增时，它指向下一个整数。此操作将指针移动到下一个存储器位置，而不会影响存储器位置的实际值。

如果ptr指向地址为1000的字符，则上述操作指向位置1001，因为下一个字符在1001处可用。

增加指针

我们更喜欢在程序中使用指针而不是数组，因为变量指针可以递增，不像数组名称，因为它是一个常量指针，所以不能递增。以下程序增加变量指针以访问数组的每个后续元素 -

import std.stdio; 
const int MAX = 3; 
void main () { 
   int var[MAX] = [10, 100, 200]; 
   int *ptr = &var[0];  
   for (int i = 0; i < MAX; i++, ptr++) { 
      writeln("Address of var[" , i , "] = ",ptr); 
      writeln("Value of var[" , i , "] = ",*ptr); 
   } 
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 -

Address of var[0] = 18FDBC 
Value of var[0] = 10 
Address of var[1] = 18FDC0 
Value of var[1] = 100 
Address of var[2] = 18FDC4 
Value of var[2] = 200

指针与阵列

指针和数组密切相关。但是，指针和数组不是完全可互换的。例如，考虑以下程序 -

import std.stdio; 
const int MAX = 3;
void main () { 
   int var[MAX] = [10, 100, 200]; 
   int *ptr = &var[0]; 
   var.ptr[2]  = 290; 
   ptr[0] = 220;  
   for (int i = 0; i < MAX; i++, ptr++) { 
      writeln("Address of var[" , i , "] = ",ptr); 
      writeln("Value of var[" , i , "] = ",*ptr); 
   } 
}

在上面的程序中，你可以看到var.ptr [2]设置第二个元素，ptr [0]用于设置第0个元素。增量运算符可以与ptr一起使用，但不能与var一起使用。

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 -

Address of var[0] = 18FDBC 
Value of var[0] = 220 
Address of var[1] = 18FDC0 
Value of var[1] = 100 
Address of var[2] = 18FDC4 
Value of var[2] = 290

指针指针

指向指针的指针是多个间接或指针链的形式。通常，指针包含变量的地址。当我们定义指向指针的指针时，第一个指针包含第二个指针的地址，它指向包含实际值的位置，如下所示。

必须声明一个指向指针的指针的变量。这是通过在其名称前面放置一个额外的星号来完成的。例如，以下是声明指向int类型指针的指针的语法 -

int **var;

当目标值由指针指向间接指向时，访问该值需要应用星号运算符两次，如下例所示 -

import std.stdio;  
const int MAX = 3;
void main () { 
   int var = 3000; 
   writeln("Value of var :" , var); 
   int *ptr = &var; 
   writeln("Value available at *ptr :" ,*ptr); 
   int **pptr = &ptr; 
   writeln("Value available at **pptr :",**pptr); 
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 -

Value of var :3000 
Value available at *ptr :3000 
Value available at **pptr :3000

传递函数指针 (Passing Pointer to Functions)

D允许您传递指向函数的指针。为此，它只是将函数参数声明为指针类型。

以下简单示例将指针传递给函数。

import std.stdio; 
void main () { 
   // an int array with 5 elements. 
   int balance[5] = [1000, 2, 3, 17, 50]; 
   double avg; 
   avg = getAverage( &balance[0], 5 ) ; 
   writeln("Average is :" , avg); 
} 
double getAverage(int *arr, int size) { 
   int    i; 
   double avg, sum = 0; 
   for (i = 0; i < size; ++i) {
      sum += arr[i]; 
   } 
   avg = sum/size; 
   return avg; 
}

当上面的代码一起编译并执行时，它会产生以下结果 -

Average is :214.4

函数返回指针 (Return Pointer from Functions)

考虑以下函数，它使用指针返回10个数字，表示第一个数组元素的地址。

import std.stdio;
void main () { 
   int *p = getNumber(); 
   for ( int i = 0; i < 10; i++ ) { 
      writeln("*(p + " , i , ") : ",*(p + i)); 
   } 
} 
int * getNumber( ) { 
   static int r [10]; 
   for (int i = 0; i < 10; ++i) {
      r[i] = i; 
   }
   return &r[0]; 
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 -

*(p + 0) : 0 
*(p + 1) : 1 
*(p + 2) : 2 
*(p + 3) : 3 
*(p + 4) : 4 
*(p + 5) : 5 
*(p + 6) : 6 
*(p + 7) : 7 
*(p + 8) : 8 
*(p + 9) : 9

指向数组的指针

数组名称是指向数组第一个元素的常量指针。因此，在声明中 -

double balance[50];

balance是指向＆balance [0]的指针，它是数组余额的第一个元素的地址。因此，以下程序片段为p分配p一个balance元素的地址 -

double *p; 
double balance[10]; 
p = balance;

将数组名称用作常量指针是合法的，反之亦然。因此，*（余额+4）是在余额[4]访问数据的合法方式。

将第一个元素的地址存储在p中后，可以使用* p，*（p + 1），*（p + 2）等访问数组元素。以下示例显示了上面讨论的所有概念 -

import std.stdio;
void main () { 
   // an array with 5 elements. 
   double balance[5] = [1000.0, 2.0, 3.4, 17.0, 50.0]; 
   double *p;  
   p = &balance[0]; 
   // output each array element's value  
   writeln("Array values using pointer " ); 
   for ( int i = 0; i < 5; i++ ) { 
      writeln( "*(p + ", i, ") : ", *(p + i)); 
   } 
}

编译并执行上述代码时，会产生以下结果 -

Array values using pointer  
*(p + 0) : 1000 
*(p + 1) : 2 
*(p + 2) : 3.4 
*(p + 3) : 17
*(p + 4) : 50