C語言程序設(shè)計(jì)課程中指針的幾個(gè)教學(xué)要點(diǎn)

田維蓮 羊巍 六盤水師范學(xué)院

一、引言

C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，指針的教學(xué)是重難點(diǎn)；此時(shí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)了函數(shù)、數(shù)組及結(jié)構(gòu)體等內(nèi)容，而在指針與函數(shù)、指針與結(jié)構(gòu)體及文件的教學(xué)中，都需要學(xué)生對(duì)指針有著深刻的理解與掌握，同時(shí)，在其后續(xù)課程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，對(duì)指針有很高要求，學(xué)生如果不掌握指針并靈活運(yùn)用，很多算法的實(shí)現(xiàn)無從談起。另一方面，指針的教學(xué)比較難，指針涉及機(jī)器硬件，不好抽象，教學(xué)中，常常要圖示大量的內(nèi)存圖，學(xué)生往往會(huì)陷入內(nèi)存細(xì)節(jié)，而忽視程序的邏輯與指針概念本身的清晰理解；筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中，認(rèn)為應(yīng)該對(duì)指針的教學(xué)幾個(gè)要點(diǎn)作一些梳理，通過示例強(qiáng)調(diào)在教學(xué)中幾個(gè)比較關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)，引入幾個(gè)新概念或新的理解方式，幫助學(xué)生理解、掌握運(yùn)用指針。

二、指針的教學(xué)要點(diǎn)

（一）指針變量

上述程序片段中，聲明了4個(gè)變量，在教學(xué)中應(yīng)該明確有關(guān)的3個(gè)問題：

1.變量與對(duì)象的關(guān)聯(lián)方式

變量i保存對(duì)象2，而類型為int *的變量p保存值為i的內(nèi)存地址的對(duì)象&i，我們可能更關(guān)心的是變量p與對(duì)象2的關(guān)聯(lián)，應(yīng)該明確，變量i與對(duì)象2是直接關(guān)聯(lián)，變量p與對(duì)象2是間接關(guān)聯(lián)，變量p通過保存變量i的地址而與對(duì)象2關(guān)聯(lián)，可以通過間接尋址運(yùn)算符*取得變量i的值（即對(duì)象2），但此時(shí)應(yīng)注意，語句int * p = &i 中的符號(hào)“*”不是間接尋址運(yùn)算符，其作用是編譯時(shí)，告訴編譯器，變量p是一個(gè)類型為int *的指針（引用）變量，變量p可以和類型為int的變量通過賦值的形式發(fā)生關(guān)聯(lián)，即p = &i。

2.C語言中量（常量與變量）的分類

可以明確，C語言中，從上述變量與對(duì)象的關(guān)聯(lián)方式來說，變量分為兩類，一類為值類型變量，其保存的是非地址值的值對(duì)象（如變量i），另一類為引用（指針）類型變量（如變量p），其保存的值是內(nèi)存地址，但要注意，*p是變量i 的別名（也就是說，在變量i的作用域范圍內(nèi)，凡是出現(xiàn)變量i的地方，均可用*p替換。），*p是左值，通過*p可以對(duì)變量i 的值進(jìn)行讀寫，對(duì)*p進(jìn)行賦值操作，等同于對(duì)變量i進(jìn)行賦值操作。

對(duì)于C語言中的值常量而言，也可以分為兩類，一類是地址值，我們稱其為引用（指針）類型，另一類常量稱為值類型。

3.指針變量的使用

C語言中，要使用指針變量，要有一個(gè)前提，指針變量要么和一個(gè)變量發(fā)生關(guān)聯(lián)（如語句：int *p = &i；使得指針變量p和變量i發(fā)生了關(guān)聯(lián)），要么指針變量有一個(gè)非空的合法地址值（如語句：int*q = (int *)malloc(sizeof(int) * 2；使得變量q得到了一個(gè)類型為int *的，由函數(shù)malloc分配的連續(xù)內(nèi)存地址的首地址值）。

指針變量t被初始化為NULL，稱t為空指針，t的值NULL（宏NULL在stdio.h和stdlib.h等頭文件中均有定義）是一個(gè)區(qū)別于任何有效指針值的特殊值，這表明t“不指向任何地方”；若指針變量t沒有初始化，則這個(gè)指針變量就成懸空指針，這表明t是一個(gè)“不知道指向哪里”的指針，若是通過空指針或懸空指針訪問內(nèi)存，程序要么崩潰，要么出現(xiàn)難以預(yù)料的結(jié)果，為此，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，一個(gè)良好的編程習(xí)慣是，將暫時(shí)不用的指針變量在聲明時(shí)立即初始化為NULL，這樣可以清出程序中的懸空指針，同時(shí)在使用指針變量應(yīng)檢測(cè)其值是否為空，如上述的代碼片段中，對(duì)指針變量q的檢測(cè)(if(q))。

（二）指針與數(shù)組

上述代碼片段中，意在展示通對(duì)指針處理數(shù)組，學(xué)生習(xí)慣使用的arr[i]，實(shí)際上，最后arr[i]被編譯成為*(arr+i)，也就是說arr[i]等價(jià)于*(arr+i)，同理*(p+i)等價(jià)于p[i]；同時(shí)，在教學(xué)中，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，p、*p以及*arr是左值，而arr不是，數(shù)組名arr是一個(gè)類型為int *const的指針常量，其值為數(shù)組arr中首元素（arr[0]）的地址值，另一個(gè)問題是，arr[5]非法，而&arr[5]卻合法，雖然，arr[5]不存在，但是，對(duì)arr[5]取地址是可以的，實(shí)際上，&arr[5]等價(jià)于&*(arr + 5)，而&*(arr + 5)就是(arr + 5)，(arr + 5)是一個(gè)類型為int *的地址值。

（三）指針、函數(shù)及結(jié)構(gòu)體

上述示例代碼片段中，函數(shù)total_score的作用：將結(jié)構(gòu)體c的成員scores中前size-1項(xiàng)數(shù)組元素進(jìn)行加總并返回。將類型為class*的指針作為函數(shù)的參數(shù)是一種高效的作法，這樣作避免了實(shí)參向形參傳值時(shí)，數(shù)組scores被復(fù)制，學(xué)生可能會(huì)疑問：設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)原型為int total_score(class cl)的函數(shù)來做同樣的事也可以高效完成，因?yàn)?，形參cl的成員scores是一個(gè)數(shù)組名，當(dāng)調(diào)用發(fā)生時(shí)，復(fù)制給形參cl的成員scores的值不就是個(gè)地址嗎，實(shí)參的數(shù)組沒有被復(fù)制，實(shí)參和形參共享同一個(gè)數(shù)組？應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在C語言中，對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行復(fù)制時(shí)，結(jié)構(gòu)體中的數(shù)組成員也被復(fù)制，而非兩個(gè)結(jié)構(gòu)體共享同一個(gè)數(shù)組，因此，將類型為class結(jié)構(gòu)體作為函數(shù)的參數(shù)的做法低效。

函數(shù)no_pass將結(jié)構(gòu)體c數(shù)組成員中，值小于60的數(shù)組元素下標(biāo)標(biāo)記于另一個(gè)結(jié)構(gòu)體nopass中，并返回nopass。此處，學(xué)生可能會(huì)有疑問：應(yīng)該返回一個(gè)指向nopass的指針，而非結(jié)構(gòu)體nopass，這樣可以避免調(diào)用no_pass函數(shù)，取返回值時(shí)，未發(fā)生的結(jié)構(gòu)體數(shù)組成員被復(fù)制，因而高效。在這個(gè)地方，可以強(qiáng)調(diào)，C語言中，返回一個(gè)指向局部自動(dòng)變量的指針是致命的，一旦no_pass函數(shù)執(zhí)行完畢，其所占據(jù)的內(nèi)存空間隨即被回收，結(jié)構(gòu)體nopass不存在了，指向nopass的指針變成了指向一個(gè)不存在的對(duì)象的指針，在no_pass函數(shù)外部使用該指針，程序可能會(huì)崩潰或出現(xiàn)無法預(yù)知結(jié)果。因此，no_pass函數(shù)的處理方式是正確而又明智的，這種處理方式避免了“返回一個(gè)指向局部自動(dòng)變量的指針”的錯(cuò)誤。

（四）指針與字符串

上述的示例代碼中，學(xué)生可能會(huì)有疑問：程序?yàn)槭裁磮?bào)錯(cuò)？筆者認(rèn)為，要從幾個(gè)方面說起，一方面，”Hello”到底是什么？如果回答，”Hello”是字符串。那么這個(gè)回答是含混不清的。首先，”Hello”是字符串字面量（一些教材又稱為字符串常量，并解譯：常量就是不能被改變的量，于是修改字符串常量程序會(huì)報(bào)錯(cuò)，這樣的解譯實(shí)際上沒有把問題說清楚。），字符串字面量就是字符串的在源程序中的字面表達(dá)；其次，”Hello”被保存于一片連續(xù)的內(nèi)存空間中，字符’o’的后面被追加代表字符串結(jié)束的字符’

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