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C語言指標變數作為函式引數

在C語言中,函式的引數不僅可以是整數、小數、字元等具體的資料,還可以是指向它們的指標。用指標變數作函式引數可以將函式外部的地址傳遞到函式內部,使得在函式內部可以操作函式外部的資料,並且這些資料不會隨著函式的結束而被銷燬。

像陣列、字串、動態分配的記憶體等都是一系列資料的集合,沒有辦法通過一個引數全部傳入函式內部,只能傳遞它們的指標,在函式內部通過指標來影響這些資料集合。

有的時候,對於整數、小數、字元等基本型別資料的操作也必須要藉助指標,一個典型的例子就是交換兩個變數的值。

有些初學者可能會使用下面的方法來交換兩個變數的值:

  1. #include <stdio.h>
  2. void swap(int a, int b){
  3. int temp; //臨時變數
  4. temp = a;
  5. a = b;
  6. b = temp;
  7. }
  8. int main(){
  9. int a = 66, b = 99;
  10. swap(a, b);
  11. printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
  12. return 0;
  13. }

執行結果:
a = 66, b = 99

從結果可以看出,a、b 的值並沒有發生改變,交換失敗。這是因為 swap() 函式內部的 a、b 和 main() 函式內部的 a、b 是不同的變數,佔用不同的記憶體,它們除了名字一樣,沒有其他任何關係,swap() 交換的是它內部 a、b 的值,不會影響它外部(main() 內部) a、b 的值。

改用指標變數作引數後就很容易解決上面的問題:

  1. #include <stdio.h>
  2. void swap(int *p1, int *p2){
  3. int temp; //臨時變數
  4. temp = *p1;
  5. *p1 = *p2;
  6. *p2 = temp;
  7. }
  8. int main(){
  9. int a = 66, b = 99;
  10. swap(&a, &b);
  11. printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
  12. return 0;
  13. }

執行結果:
a = 99, b = 66

呼叫 swap() 函式時,將變數 a、b 的地址分別賦值給 p1、p2,這樣 *p1、*p2 代表的就是變數 a、b 本身,交換 *p1、*p2 的值也就是交換 a、b 的值。函式執行結束後雖然會將 p1、p2 銷燬,但它對外部 a、b 造成的影響是“持久化”的,不會隨著函式的結束而“恢復原樣”。

需要注意的是臨時變數 temp,它的作用特別重要,因為執行*p1 = *p2;

語句後 a 的值會被 b 的值覆蓋,如果不先將 a 的值儲存起來以後就找不到了。

用陣列作函式引數

陣列是一系列資料的集合,無法通過引數將它們一次性傳遞到函式內部,如果希望在函式內部運算元組,必須傳遞陣列指標。下面的例子定義了一個函式 max(),用來查詢陣列中值最大的元素:

  1. #include <stdio.h>
  2. int max(int *intArr, int len){
  3. int i, maxValue = intArr[0]; //假設第0個元素是最大值
  4. for(i=1; i<len; i++){
  5. if(maxValue < intArr[i]){
  6. maxValue = intArr[i];
  7. }
  8. }
  9. return maxValue;
  10. }
  11. int main(){
  12. int nums[6], i;
  13. int len = sizeof(nums)/sizeof(int);
  14. //讀取使用者輸入的資料並賦值給陣列元素
  15. for(i=0; i<len; i++){
  16. scanf("%d", nums+i);
  17. }
  18. printf("Max value is %d!\n", max(nums, len));
  19. return 0;
  20. }

執行結果:
12 55 30 8 93 27↙
Max value is 93!

引數 intArr 僅僅是一個數組指標,在函式內部無法通過這個指標獲得陣列長度,必須將陣列長度作為函式引數傳遞到函式內部。陣列 nums 的每個元素都是整數,scanf() 在讀取使用者輸入的整數時,要求給出儲存它的記憶體的地址,nums+i就是第 i 個數組元素的地址。

用陣列做函式引數時,引數也能夠以“真正”的陣列形式給出。例如對於上面的 max() 函式,它的引數可以寫成下面的形式:

int max(int intArr[6], int len){

    int i, maxValue = intArr[0]; //假設第0個元素是最大值

    for(i=1; i<len; i++){

        if(maxValue < intArr[i]){

             maxValue = intArr[i];

        }

    }

    return maxValue;

}

int intArr[6]好像定義了一個擁有 6 個元素的陣列,呼叫 max() 時可以將陣列的所有元素“一股腦”傳遞進來。

讀者也可以省略陣列長度,把形參簡寫為下面的形式:

int max(int intArr[], int len){

int i, maxValue = intArr[0]; //假設第0個元素是最大值

for(i=1; i<len; i++){

     if(maxValue < intArr[i]){

          maxValue = intArr[i];

         } 

    }

    return maxValue;

}

int intArr[]雖然定義了一個數組,但沒有指定陣列長度,好像可以接受任意長度的陣列。

實際上這兩種形式的陣列定義都是假象,不管是int intArr[6]還是int intArr[]都不會建立一個數組出來,編譯器也不會為它們分配記憶體,實際的陣列是不存在的,它們最終還是會轉換為int *intArr這樣的指標。這就意味著,兩種形式都不能將陣列的所有元素“一股腦”傳遞進來,大家還得規規矩矩使用陣列指標。

int intArr[6]這種形式只能說明函式期望使用者傳遞的陣列有 6 個元素,並不意味著陣列只能有 6 個元素,真正傳遞的陣列可以有少於或多於 6 個的元素。

需要強調的是,不管使用哪種方式傳遞陣列,都不能在函式內部求得陣列長度,因為 intArr 僅僅是一個指標,而不是真正的陣列,所以必須要額外增加一個引數來傳遞陣列長度。

C語言為什麼不允許直接傳遞陣列的所有元素,而必須傳遞陣列指標呢?

引數的傳遞本質上是一次賦值的過程,賦值就是對記憶體進行拷貝。所謂記憶體拷貝,是指將一塊記憶體上的資料複製到另一塊記憶體上。

對於像 int、float、char 等基本型別的資料,它們佔用的記憶體往往只有幾個位元組,對它們進行記憶體拷貝非常快速。而陣列是一系列資料的集合,資料的數量沒有限制,可能很少,也可能成千上萬,對它們進行記憶體拷貝有可能是一個漫長的過程,會嚴重拖慢程式的效率,為了防止技藝不佳的程式設計師寫出低效的程式碼,C語言沒有從語法上支援資料集合的直接賦值。

除了C語言,C++、Java、Python 等其它語言也禁止對大塊記憶體進行拷貝,在底層都使用類似指標的方式來實現。