《C和指针》笔记24: 指针和间接访问

本文主要讲指针和间接访问,标题对应《C和指针对应的章节》,引用的地方是自己写的一些注释、理解和总结。

指针、间接访问和左值

先回顾一下左值和右值

左值代表着一个位置。右值代表着一个值。赋值等号左边是个左值,赋值等号右边是一个右值。

在使用右值的地方也可以使用左值;但在需要左值的地方不能使用右值。
a=12;是可以的
a=b;也是可以的
12=a;是不可以的

涉及指针的表达式能不能作为左值?如果能,又是哪些呢?间接访问操作符*所需要的操作数是个右值,但这个操作符所产生的结果是个左值(参考这个文章中的《C和指针》笔记21:表达式求值)

int a;
int *d = &a;
表达式左值指定位置
aa
dd
*da

指针变量可以作为左值,并不是因为它们是指针,而是因为它们是变量。对指针变量进行间接访问表示我们应该访问指针所指向的位置。间接访问指定了一个特定的内存位置,这样我们可以把间接访问表达式的结果作为左值使用

指针、间接访问和变量

如果你自以为已经精通了指针,请看一下这个表达式,看看你是否明白它的意思。

*&a = 25;

答案:把值25赋值给变量a。首先,&操作符产生变量a的地址,它是一个指针常量(注意,使用这个指针常量并不需要知道它的实际值)。接着,*操作符访问其操作数所表示的地址。在这个表达式中,操作数是a的地址,所以值25就存储于a中。

指针表达式

上面的式子可能你不过瘾,而且你在这篇文章已经了解了左值和右值的含义,来看看下面的其他指针的更加复杂的实例吧!希望看完以后可以对如何阅读和编写这类复杂的代码有所启发。

char ch = 'a';
char *cp = &ch;

在这里插入图片描述
图中还显示了ch后面的那个内存位置,因为我们所求值的有些表达式将访问它(尽管是在错误情况下才会对它进行访问)。由于我们并不知道它的初始值,所以用一个问号来代替。

  1. ch

当它作为右值使用,表达式的值是a

在这里插入图片描述
那个粗椭圆提示变量ch的值就是表达式的值。

如果当它作为左值使用,表达式的值是ch的地址。

在这里插入图片描述
该位置用粗方框标记,它是这个内存的地址而不是该地址所包含的值,所以它的图示方式有所不同,它的值并未显示,因为它并不重要。事实上,这个值将被某个新值所取代。

  1. &ch

在这里插入图片描述
作为右值,这个表达式的值是变量ch的地址。注意这个值同变量cp中
所存储的值一样,但这个表达式并未提及cp,所以这个结果值并不是因为它而产生的。这样,图中椭圆并不画于cp的箭头周围。

为什么这个表达式不是一个合法的左值?优先级表格显示&操作符的结果是个右值,它不能当作左值使用。但是为什么呢?答案很简单,当表达式&ch进行求值时,它的结果应该存储于计算机的什么地方呢?它肯定会位于某个地方,但你无法知道它位于何处。这个表达式并未标识任何机器内存的特定位置,所以它不是一个合法的左值

  1. cp

在这里插入图片描述
它的右值如图所示就是cp的值。它的左值就是cp所处的内存位置。由于这个表达式并不进行间接访问操作,所以不必依箭头所示进行间接访问。

  1. &cp

在这里插入图片描述

这个例子与&ch类似,不过我们这次所取的是指针变量的地址。这个结果的类型是指向字符的指针的指针。同样,这个值的存储位置并未清晰定义,所以这个表达式不是一个合法的左值。

  1. *cp

在这里插入图片描述

现在我们加入了间接访问操作,所以它的结果应该不会令人惊奇。但
接下来的几个表达式就比较有意思。

  1. *cp+1

在这里插入图片描述
这个图涉及的东西更多,所以让我们一步一步来分析它。这里有两个操作符。*的优先级高于+,所以首先执行间接访问操作(如图中cp到ch的实线箭头所示),我们可以得到它的值(如虚线椭圆所示)。我们取得这个值的一份拷贝并把它与1相加,表达式的最终结果为字符b。图中虚线表示表达式求值时数据的移动过程 。这个表达式的最终结果的存储位置并未清晰定义,所以它不是一个合法的左值。优先级表格证实+的结果不能作为左值。

  1. *(cp+1)

在这里插入图片描述
这个括号使表达式先执行加法运算,就是把1和cp中所存储的地址相加。此时的结果值是图中虚线椭圆所示的指针。接下来的间接访问操作随着箭头访问紧随ch之后的内存位置。这样,这个表达式的右值就是这个位置的值,而它的左值是这个位置本身

在这里我们需要学习很重要的一点。注意指针加法运算的结果是个右值,因为它的存储位置并未清晰定义。如果没有间接访问操作,这个表达式将不是一个合法的左值。然而,间接访问跟随指针访问一个特定的位置。这样,*(cp+1)就可以作用左值使用,尽管cp+1本身并不是左值。间接访问操作符是少数几个其结果为左值的操作符之一。我们也无法得知ch后面的那个内存位置,所以像这样的表达式是非法的。
8. ++cp

在这里插入图片描述

++和–操作符在指针变量中使用得相当频繁,所以在这种上下文环境中理解它们是非常重要的。在这个表达式中,我们增加了指针变量cp的值。(为了让图更清楚,我们省略了加法)。表达式的结果是增值后的指针的一份拷贝,因为前缀++先增加它的操作数的值再返回这个结果。这份拷贝的存储位置并未清晰定义,所以它不是一个合法的左值

  1. cp++

在这里插入图片描述
后缀++操作符同样增加cp的值,但它先返回cp值的一份拷贝然后再增加cp的值。这样,这个表达式的值就是cp原来的值的一份拷贝。

前面两个表达式的值都不是合法的左值。但如果我们在表达式中增加了间接访问操作符,它们就可以成为合法的左值,如下面的两个表达式所示

  1. *++cp

在这里插入图片描述
这里,间接访问操作符作用于增值后的指针的拷贝上,所以它的右值是ch后面那个内存地址的值,而它的左值就是那个位置本身。

  1. *cp++

在这里插入图片描述
使用后缀++操作符所产生的结果不同:它的右值和左值分别是变量ch的值和ch的内存位置,也就是cp原先所指。同样,后缀++操作符在周
围的表达式中使用其原先操作数的值。间接访问操作符和后缀++操作符的组合常常令人误解。优先级表格显示后缀++操作符的优先级高于*操作符,但表达式的结果看上去像是先执行间接访问操作。事实上,这里涉及3个步骤:(1)++操作符产生cp的一份拷贝,(2)然后++操作符增加cp的值,(3)最后,在cp的拷贝上执行间接访问操作。

这个表达式常常在循环中出现,首先用一个数组的地址初始化指针,
然后使用这种表达式就可以依次访问该数组的内容了。

  1. ++*cp

在这里插入图片描述
在这个表达式中,由于这两个操作符的结合性都是从右向左,所以首先执行的是间接访问操作。然后,cp所指向的位置的值增加1,表达式的结果是这个增值后的值的一份拷贝。

注意加法的操作是在ch里面实现的,这点要和上面的*cp+1区分开。而且执行的顺序有点不同。

  • ++*cp是先加1再拷贝
  • *cp+1是先拷贝再加1
  1. (*cp)++

在这里插入图片描述
使用后缀++操作符,我们必须加上括号,使它首先执行间接访问操
作。这个表达式的计算过程与前一个表达式相似,但它的结果值是ch增值前的原先值。

  1. ++*++cp

在这里插入图片描述
这个表达式看上去相当诡异,但事实上并不复杂。但是,如果你逐个对它们进行分析,你会发现它们都很熟悉。事实上,我们先前已经计算了*++cp,所以现在我们需要做的只是增加它的结果值。但是,让我们还是从头开始。记住这些操作符的结合性都是从右向左,所以首先执行的是++cp。cp下面的虚线椭圆表示第1个中间结果。接着,我们对这个拷贝值进行间接访问,它使我们访问ch后面的那个内存位置。第2个中间结果用虚线方框表示,因为下一个操作符把它当作一个左值使用。最后,我们在这个位置执行++操作,也就是增加它的值。我们之所以把结果值显示为?+1是因为我们并不知道这个位置原先的值。

  1. ++*cp++

在这里插入图片描述
这个表达式和前一个表达式的区别在于这次第1个++操作符是后缀
形式而不是前缀形式。由于它的优先级较高,所以先执行它。间接访问操作所访问的是cp所指向的位置而不是cp所指向位置后面的那个位置。

相关参考

  1. 《C和指针》

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