通過一個基本原則和兩個例子講述傳值引用和傳指標引用的區別，並且從系統底層解析這兩種呼叫的區別

• acmore
• 2017.11.14

1. 問題概述

在C語言呼叫函式時，有兩種傳引數的方法，一種是傳值，另一種是傳引數。對於C語言的初學者（甚至是一些C語言的熟練使用者）而言，區別這兩種形式往往比較困難，再加上C語言有指標，以及指標的指標等等，複雜多變的形式會使得這個過程更加困難。

很多初學者會嘗試通過形式來記憶這兩種方式，比如函式宣告中有*的就是傳指標，沒有的就是傳值，但是如果傳入的引數本身就是一個指標，無論是傳值還是傳指標，函式宣告都會有*，這種時候原有的形式記憶不再有效，需要再次記憶另外一套形式。形式是無窮無盡的，只有明白指標型別的本質，以及在函式呼叫過程中系統裡到底發生了什麼，才能真正理解這兩種方式。

2. 簡單認識

現在我們有兩個函式，作用都是修改一個int型別的值，分別如下：

#include <stdio.h>

void modify1(int a) {
    a = 10086;
}

void modify2(int *a) {
    *a = 10086;
}

int main() {
    int x = 1;
    printf("%d\n", x);
    modify1(x);
    printf("%d\n", x);

    int y = 1;
    printf("%d\n", y);
    modify2(&y);
    printf
 
("%d\n", y);

    return 0;
}

執行程式，會輸出什麼呢？

1
1
1
10086

這個程式很簡單，我們可以輕易看出modify1是傳值引用，modify2是傳指標引用。傳值引用不會改變呼叫者的值，而傳指標會改變呼叫者的值，並且在形式上，函式宣告中有*，函式呼叫有&。因此我們這樣記憶：只要改變了呼叫者的值，並且有*的函式就是傳指標引用。

真的是這樣嗎？

3. 深入理解

下面我們定義一個結構體，這個結構體含有兩個整數值，然後類似地寫出兩個修改函式：

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
 


typedef struct Value {
    int a;
    int b;
}Value;

void modify1(Value *v) {
    v->a = 10086;
    v->b = 10010;
}

void modify2(Value **v) {
    (*v)->a = 10086;
    (*v)->b = 10010;
}

int main() {
    Value *v1 = (Value *) malloc(sizeof(Value));
    v1->a = v1->b = 1;
    printf("%d\t%d\n", v1->a, v1->b);
    modify1(v1);
    printf("%d\t%d\n", v1->a, v1->b);

    Value *v2 = (Value *) malloc(sizeof(Value));
    v2->a = v2->b = 1;
    printf("%d\t%d\n", v2->a, v2->b);
    modify2(&v2);
    printf("%d\t%d\n", v2->a, v2->b);

    return 0;
}

輸出結果如下：

1   1
10086   10010
1   1
10086   10010

這次我們再按照之前的經驗去判斷，好像有點行不通，因為在對modify1和modify2的呼叫上雖然像是一個傳值一個傳指標，但是兩個函式的宣告中都有*，並且v1和v2的值都被改變了，經驗不再適用！

這種時候我們應該回歸底層，老老實實從系統層面理解在程式執行過程中到底發生了什麼，我們首先應該記住的一個最重要的原則是：
- 指標型別和基本型別一樣，本質沒有什麼區別

我們拿型別int和Value *做比較，根據上述原則，便有以下幾條原則：

1. int在記憶體中佔有一塊空間，那麼Value *同樣會在記憶體中佔有一塊空間

2. 可以得到一個指標指向int，那麼也可以有一個指標指向Value *

3. 使用&可以取得int的指標，那麼同樣可以使用&取得Value *的指標

4. 傳值引用時，有變數int a和Value* v，下邊兩種寫法都是傳值引用

   • 操作int時，函式的引數型別就是int，呼叫函式時傳入a
   • 同理在操作Value *時，函式的引數型別就是Value *，呼叫函式時傳入v
5. 傳指標引用時，下邊兩種寫法都是傳指標引用
   
   • 操作int時，函式的引數型別是int *，呼叫函式時傳入&a
   • 操作Value *時，函式的引數型別是Value **，呼叫函式時傳入&v

根據以上原則，不要把指標當做一個特殊的型別，把指標型別那一堆當成一個整體，傳值時直接丟進去，傳指標時就在後邊加一個*，在對應的呼叫前加上&即可。

4. 問題拓展

現在我們要完成一個這樣的函式：它可以代替malloc函式來對我們剛剛宣告的一個指標進行賦值，在第三部分中我們瞭解到，在操作指標型別時，傳值引用一樣可以改變呼叫者的值，所以我們寫出了下邊的程式：

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

typedef struct Value {
    int a;
    int b;
}Value;

void create(Value *v) {
    v = (Value *) malloc(sizeof(Value));
    v->a = 10086;
    v->b = 10010;
}

int main() {
    Value *v1;
    create(v1);
    printf("%d\t%d", v1->a, v1->b);
    return 0;
}

結果輸出如下：

-16219251   -970326017

並沒有符合我們的期待！說好的操作指標就可以高枕無憂了呢？這個時候我們需要從系統底層瞭解傳值和傳指標時到底發生了什麼，如下圖所示

首先v1的值是(p1p2p3p4p5p6p7p8)（32位系統為例），當呼叫create函式時，就是圖上的①過程，這個時候v1的值被拷貝到v中，這時候如果直接對v操作是沒有問題的，可以改變v1的值，因為它們倆指向的是同一塊記憶體空間（事實上此時還沒有指向任何有意義的空間），但是在隨後的賦值語句中，即②過程，v的值立刻被替換為(k1k2k3k4k5k6k7k8)，之後對v進行的操作其實是對(k1k2k3k4k5k6k7k8)指向的空間的操作，這時候根本沒v，也就是(p1p2p3p4p5p6p7p8)指向的空間什麼事，因此不能達到我們想要的效果。如果想要完成修改，仍需要傳指標引用，修改後的程式碼如下：

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

typedef struct Value {
    int a;
    int b;
}Value;

void create(Value **v) {
    (*v) = (Value *) malloc(sizeof(Value));
    (*v)->a = 10086;
    (*v)->b = 10010;
}

int main() {
    Value *v1;
    create(&v1);
    printf("%d\t%d", v1->a, v1->b);
    return 0;
}

5. 最後總結

1. 指標沒有什麼特殊的，基本資料型別怎麼對待，指標就怎麼對待
2. 要理解函式呼叫過程中程序地址空間中的變化，它能直觀地體現傳值引用和傳指標引用的區別，並解決在使用過程中出現的問題
3. 不要死記硬背形式，任何問題嘗試迴歸底層理解