C指针算术运算和关系运算

标签: C和指针  c语言  算法

指针加一个整数,结果是另一个指针,问题是,这个新的指针指向哪里呢? 会是这种指针类型的内部指针吗?

其实,当一个指针和整数进行算术运算的时候,整数在执行加法运算前始终会根据类型大小进行调整,即整数值和“指针类型的大小”相乘,比如:float占据4字节,那一个float型指针+3, 这个调整就是原来的float型指针+ 3*4。

指针+3并不是3个字节,而是3个float的大小。

这样做的好处就是不依赖指针的类型,即一个指向char的指针,p+1就是指向下一个char,如果p指向float型指针,那p+1就是指向下一个float。

1、算术运算:

C指针的算术运算只限于2种形式:

(一)、指针 ± 整数

   适用于2种情况:

(1)指向数组中某个元素的指针。

          数组中元素存储于连续的内存位置中,后面元素的地址大于前面元素的地址,因此,对指针+1使它指向下一个元素,+5使其向右移动5个元素的位置;-3就是使它左移3个元素的位置。

 当对指针执行加法或者减法之后如果指针所处的位置     在数组第一个元素前    或者   数组最后一个元素的后面,那其效果就是未定义的。

但指针指向最后一个元素后面的那个位置是合法的,但不能间接访问。

示例:初始化数组,将数组所以元素都初始化为0。

#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;
for(vp = &values; vp < &values[N_VALUES];) {
    *vp++ = 0;
}

利用数组元素地址连续,进行地址比较控制循环,vp最后指向了数组最后一个元素的下一个元素,然后就循环结束了,指针获取这个数组外的值时合法的,但是不能进行间接访问。

(2)使用malloc函数动态分配获取的内存。

(二)、指针 - 指针

只有当2个指针都指向同一个数组中的元素时,才允许从一个指针减去另一个指针。

2个指针相减的结果类型是ptrdiff_t,它是一种有符号整数类型。减法运算的结果是两个指针在内存中的距离(以数组元素的长度为单位,而不是以字节为单位),因此减法运算的结果将除以数组元素类型的长度。例如:p1指向array[i], p2指向array[j],那么p2-p1的值就是j-i的值。

假设数组元素是float,每个元素占据4个字节,如果数组起始位置的地址是1000,p1 指向1004,p2指向1024,但p2-p1=5,因为两个指针的差值将除以每个元素的长度(4)。无论是什么类型,这个指针减法运算的结果总是5。.

 

那如果把p2-p1 变成p1-p2呢?合法吗?

如果p1和p2都指向同一个数组中的元素,按照之前的规则,当然p1-p2也是合法的,这个值就是-5。

如果2个指针所指向的不是同一个数组中的元素,那么它们之间相减的结果是未定义的。就像把2个位于不同街道的房牌号相减不可能获得这两所房子之间的房子数量一样。

编译器是不会检测表达式的结果是否位于合法的边界之类,需要编码人员确保。

编译器也不会认为取一个标量变量地址并对它进行指针运算是错误的,这都需要编程规范和编码人员确保。

 

2、关系运算

< 、 <= 、 >、  >=

这些关系运算同样适用于指针,但是需要确保运算的2个指针是指向的同一个数组中的元素,

版本1:

#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;
for(vp = &values; vp < &values[N_VALUES];) {
    *vp++ = 0;
}

我们再来看一下这个例子,vp不断的向右移动,每次移动前都会先使用间接访问符把当前值初始化为0,最后vp指向了values数组最后一个元素的后面一个位置,这是合法的,指针可以指向它,它有合法的地址,但是不能使用间接访问符访问,因为那里存储的什么东西,我们并不知道。

 

现在我们稍微修改一下:

版本2:

#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;
for(vp = &values[N_VALUES]; vp > &values[0] ;) {
    *--vp = 0;
}

这个和前面的方法不一样了,vp首先指向了values的最后一个元素的后面一个位置,然后不断左移,每次左移过后再使用间接访问符初始化为0,。

再来看一个版本

版本3:

#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;
for(vp = &values[N_VALUES-1]; vp >= &values[0] ; vp--) {
    *vp = 0;
}

这个版本的思路和版本2一样,只不过把*--vp操作拆分开了,但是这个版本中vp指向第一个元素values[0]后,下一个循环就指向了values数组前面的位置去了,这是前面讲的规则不允许的,是绝不允许和数组第一个元素前面的位置的指针进行比较的。有可能在有些机器上运行正确,但也绝对不允许。

 
最后一起来看一下memset函数的源代码:
由于不同的硬件平台,实现的均不一样,为了效率很多特定平台都融入了很多汇编或者高效的位移操作,这里找一个最简单的i386平台的最普通的通用的纯C版本:
static void* memset(void* s, int c, size_t n)
{
	int i;
	char *ss = (char*)s;

	for (i=0;i<n;i++) ss[i] = c;
	return s;
}

 

 

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