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一、实验要求
二、实验原理
1. 指针的基本概念
1.1 指针的定义
1.2 取地址运算符#xff08;#xff09;
1.3 间接引用运算符#xff08;*#xff09;
2. 指针的基本操作
2.1 指针的赋值
2.2 空指针
3. 指针和数组
3.1 数组和指针的关系 3.2 指针和数…目录
一、实验要求
二、实验原理
1. 指针的基本概念
1.1 指针的定义
1.2 取地址运算符
1.3 间接引用运算符*
2. 指针的基本操作
2.1 指针的赋值
2.2 空指针
3. 指针和数组
3.1 数组和指针的关系 3.2 指针和数组的结合
4. 指针和函数
4.1 指针作为函数参数
5. 动态内存分配
5.1 malloc 和 free 函数
三、实验内容
3.1
代码
截图
分析
3.2
代码
截图
分析 一、实验要求
掌握指针和间接访问的概念会定义和使用指针变量。能正确使用数组的指针和指向数组的指针变量。能正确使用字符串的指针和指向字符串的指针变量。
二、实验原理
指针是C语言中非常重要且强大的概念之一。它提供了直接访问内存地址的能力使得程序可以更加灵活地处理数据。
1. 指针的基本概念
1.1 指针的定义 指针是一个变量其值是另一个变量的地址。通过指针可以直接访问存储在该地址上的数据。
int *ptr; // 定义一个指向整数的指针1.2 取地址运算符
用于获取变量的地址。
int num 10;
int *ptr num; // ptr指向num的地址例如
#includeiostream
using namespace std;
int main() {int a10,*ptr;ptr a;cout a ptr;return 0;
}它的结果是 表面a的地址为000000ECA8AFF794共16*464位二进制
那么下面的代码为什么地址不相邻呢
#includeiostream
using namespace std;
int main() {int a10,b11,*ptr,*ptr1;ptr a;ptr1 b;cout a ptrendl;cout b ptr1;return 0;
}在C语言中连续定义的两个变量的地址是否相邻与多个因素有关其中包括编译器、优化选项、操作系统的内存分配策略等。 对齐Alignment 许多体系结构要求数据按照某种规定的边界对齐以提高访问速度。因此编译器可能会在变量之间插入填充字节以确保数据按照正确的边界对齐。这导致即使两个变量类型相同它们的地址也可能不相邻。 优化 编译器可能会对代码进行优化包括对变量的存储和访问进行优化。这可能导致变量的地址不是按照它们在代码中的声明顺序来分配的。 内存分配策略 操作系统对于内存的分配策略也可能影响变量的地址分布。例如在某些情况下操作系统可能会使用随机化技术来增加系统的安全性这会导致变量的地址不再是连续的。 数据类型 如果定义的变量类型不同它们的大小可能也不同这会影响它们在内存中的布局。 1.3 间接引用运算符*
用于访问指针所指向地址上的值。
int value *ptr; // value等于num的值通过ptr间接引用例如
#includeiostream
using namespace std;
int main() {int a10,*ptr,value;ptr a;value *ptr;cout a ptr value endl;return 0;
}结果为 即指针ptr为地址*ptr代表一个数a代表a的地址a和ptr可以交换值属于同一类型 *ptr代表数a代表数两者可以交换值属于同一类型 2. 指针的基本操作
2.1 指针的赋值
可以将一个指针指向另一个变量的地址。
int num1 10;
int num2 20;
int *ptr num1; // ptr指向num1的地址
ptr num2; // ptr现在指向num2的地址例如
#includeiostream
using namespace std;
int main() {int num1 10, num2 20;int* ptr num1;cout *ptr ptr endl;ptr num2;cout *ptr ptr;return 0;
}结果为 2.2 空指针
指向地址为0的指针被称为空指针。
int *ptr NULL; // ptr是一个空指针可以猜测一下下述代码的输出结果是什么
#includeiostream
using namespace std;
int main() {int* ptr NULL;cout *ptr ptr endl;return 0;
}答案是 那空指针有什么作用呢 1.标记未初始化的指针 在定义指针变量但尚未为其分配有效内存地址之前可以将指针初始化为NULL表示它当前不指向任何有效的内存区域。 2.避免野指针 将指针初始化为NULL可以避免使用未初始化的指针野指针从而减少程序中出现的错误。 3.指针作为空指针常量 用NULL表示空指针常量提高代码的可读性。在函数参数或返回值中空指针常常用于表示某个指针不指向有效的内存。 void process_data(int *data) {if (data ! NULL) {// 处理有效的数据} else {// 处理空指针情况}
}4.动态内存分配失败的标志 在动态内存分配时如果分配失败malloc或calloc通常会返回NULL这可用于检测内存分配是否成功。 int *dynamicPtr (int*)malloc(sizeof(int));
if (dynamicPtr NULL) {// 内存分配失败// 处理错误的代码
}5.函数返回空指针 有时函数可能返回一个空指针作为错误或特殊情况的标志。 int *find_element(int key) {// 查找元素...if (element_not_found) {return NULL;}// 找到元素返回指向元素的指针
}3. 指针和数组
3.1 数组和指针的关系
数组名本身就是一个指针指向数组的第一个元素的地址。
int arr[5] {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr arr; // ptr指向arr的第一个元素记住是arr为地址不是arr! 3.2 指针和数组的结合
通过指针可以遍历数组的元素。
for (int i 0; i 5; i) {printf(%d , *(ptr i)); // 打印数组元素的值
}例如
#includeiostream
using namespace std;
int main() {int* ptr;int a[5] { 1,2,3,4,5 };ptr a;for (int i 0; i 5; i) {cout 第 i 个元素为 *(a i) 其地址为aiendl;}return 0;
}结果为 4. 指针和函数
4.1 指针作为函数参数
可以通过指针在函数间传递数据。
void modifyValue(int *ptr) {*ptr 100;
}int main() {int num 10;modifyValue(num);// 现在num的值变成了100return 0;
}但是如果不用指针呢
#includeiostream
using namespace std;
void modifyValue(int ptr) {ptr 100;
}
int main() {int num 10;modifyValue(num);cout num;return 0;
}结果是10所以指针的作用就体现出来了
在这段代码中问题出现在modifyValue函数的参数类型和传递方式上。在C中函数参数可以通过值传递或引用传递。在这里modifyValue函数使用的是值传递这意味着函数接收到的是实参的一个副本而不是实参本身。
当你调用modifyValue(num)时将num的值10传递给modifyValue函数的形参ptr。在函数内部ptr被修改为100但这仅仅是对形参的修改不会影响实参 num 的值。
所以当你在main函数中输出num的值时输出的是原始的值即10而不是在modifyValue函数内修改后的值100。
4.2 指针作为函数返回值
函数可以返回指针使得函数能够返回动态分配的内存。
int* createArray(int size) {int *arr (int*)malloc(size * sizeof(int));// 初始化数组...return arr;
}例如
#includeiostream
using namespace std;
int* createArray(int size) {int* arr (int*)malloc(size * sizeof(int));return arr;
}int main() {int* ptr;ptr createArray(5);cout ptr * ptr;return 0;
}结果为 为什么*ptr即数组的第一个值那么奇怪呢
是因为数组只是分配了空间并没有赋值
5. 动态内存分配
5.1 malloc 和 free 函数
用于动态分配和释放内存。
int *ptr (int*)malloc(sizeof(int)); // 分配一个整数大小的内存
// 使用ptr...
free(ptr); // 释放内存sizeof 是一个在 C 和 C 等编程语言中常用的操作符用于获取数据类型或变量在内存中所占用的字节数。sizeof 的语法如下
sizeof(type)
sizeof(expression)其中type 是数据类型而 expression 则是一个表达式或变量。sizeof 返回一个 size_t 类型的值表示参数所占用的字节数。常用于分配内存。
malloc 是 C 语言中的一个函数用于动态分配内存。它的名字来源于 memory allocation内存分配。malloc 函数接受一个参数 size表示要分配的内存字节数。它返回一个 void 指针指向分配的内存的起始地址。可以将其转换为适当的类型以便进行正确的使用。
上述转化为int型指针
free 函数用于释放通过动态内存分配函数如 malloc、calloc、realloc 等分配的内存空间。free 函数接受一个指针 ptr该指针应该是通过动态内存分配函数分配的内存的起始地址。调用 free 函数会将相应的内存空间标记为可用以便后续的内存分配操作可以使用该空间。
三、实验内容
3.1
将n个数按输入时的顺序逆序排列用函数实现。
代码
#includeiostream
using namespace std;
void sort(int* p, int* q, int n) {for (int i 0; i n; i) {*(q i) *(p n - 1 - i);//将q指针所代表的数组的第n-i个元素赋值给p指针所代表的数组的第i1个元素}
}
int main() {int a[100],b[100],n,*ptr1,*ptr2;ptr1 a;ptr2 b;cout 请输入所需要输入的元素数目;cin n;for (int i 0; i n; i) {cin *(ptr1 i);}sort(ptr1, ptr2, n);for (int i 0; i n; i) {cout *(ptr2 i) ;}return 0;
}截图 分析 void sort(int* p, int* q, int n)这是一个排序函数接受两个指向整数数组的指针 p 和 q以及数组的大小 n。该函数通过将数组 p 中的元素逆序复制到数组 q 中来实现排序。 int main()主函数包含以下步骤 定义两个数组 a 和 b以及两个指向整数的指针 ptr1 和 ptr2。用户输入所需输入的元素数目 n。通过指针 ptr1 输入数组 a 的元素。调用 sort 函数将数组 a 中的元素逆序复制到数组 b 中。输出数组 b 中的元素即排序后的结果。 在 sort 函数中通过循环遍历数组将数组 p 中的元素逆序复制到数组 q 中。这通过使用指针算术实现*(q i) *(p n - 1 - i) 将数组 p 中的第 n-i 个元素赋值给数组 q 中的第 i1 个元素。 3.2
将一个5×5的矩阵二维数组中最大的元素放在中心4个角分别放4个最小的元素顺序为从左到右从上到下依次从小到大存放写一函数实现。用main函数调用。
代码
#includeiostream
using namespace std;
int min_max -9999, index 0, b[4] { 0,4,20,24 };//b数组为快速索引,index为min数组中最大元素的序列号int find_min_max(int* ptr) {//找出四个元素中的最大值min_max -9999;for (int i 0; i 4; i) {if (*(ptr i) min_max) {min_max *(ptr i);index i;}}return min_max;
}
int compare(const void* a, const void* b) {// 比较函数用于指定排序规则// 返回负数表示 a b// 返回零表示 a b// 返回正数表示 a breturn (*(int*)a - *(int*)b);
}void change(int *ptr) {//找到最大元素和最小的四个元素int max -9999;int min[4] { 9999,9999,9999,9999 };int* ptr2min;//找最大元素和最小的四个元素for (int i 0; i 25; i) {if (*(ptr i) max) {max *(ptr i);}min_max find_min_max(ptr2);if (*(ptr i) min_max) {//满足进入四个最小元素的数组*(ptr2 index) *(ptr i);//替换位置}}//对四个最小元素的位置进行排序qsort(ptr2, 4, sizeof(int), compare);//更换位置for (int i 0; i 25; i) {if (*(ptr i) max) {//如果是最大元素int temp *(ptr 12);*(ptr 12) max;*(ptr i) temp;continue;}}for (int i 0; i 25; i) {for (int j 0; j 4; j) {//如果是较小元素if (*(ptr i) min[j]) {int temp *(ptr b[j]);cout temp temp endl;*(ptr b[j]) min[j];*(ptr i) temp;continue;} }}
}
int main() {int a[5][5],* ptr1;ptr1 a[0];for (int i 0; i 5; i) {for (int j 0; j 5; j) {cin a[i][j];}}change(ptr1);for (int i 0; i 5; i) {for (int j 0; j 5; j) {cout a[i][j] ;}cout endl;}return 0;
}截图 分析 变量定义和初始化 int min_max -9999, index 0, b[4] { 0,4,20,24 };定义了全局变量其中 min_max 用于存储四个元素中的最大值index 用于存储 min 数组中最大元素的序列号b 数组是用于快速索引的数组。 find_min_max 函数 该函数用于找出四个元素中的最大值并返回这个最大值。它还会更新 index 变量以表示最大值在 min 数组中的位置。 compare 函数 这是一个比较函数用于在后续的 qsort 函数中进行数组排序。 change 函数 该函数对数组进行操作找到数组中的最大元素和最小的四个元素然后将它们的位置进行调整。具体操作 找到数组中的最大元素 max。找到数组中最小的四个元素用 min 数组保存并通过调用 find_min_max 函数找到最小元素中的最大值及其位置。使用 qsort 对 min 数组进行排序。将最大元素和最小元素的位置进行交换。输出结果。 main 函数 定义了一个5x5的数组 a 和一个指向该数组的指针 ptr1。通过用户输入给数组 a 赋值。调用 change 函数对数组进行操作。输出最终的数组。 指针是C语言中非常强大和灵活的特性但也需要小心使用因为错误的指针操作可能导致程序崩溃或产生不可预测的结果。
指针需慎用
