C语言指针变量作为函数参数

在C语言中,函数的参数不仅可以是整数、小数、字符等具体的数据,还可以是指向它们的指针。用指针变量作函数参数可以将函数外部的地址传递到函数内部,使得在函数内部可以操作函数外部的数据,并且这些数据不会随着函数的结束而被销毁。

像数组、字符串、动态分配的内存等都是一系列数据的集合,没有办法通过一个参数全部传入函数内部,只能传递它们的指针,在函数内部通过指针来影响这些数据集合。

有的时候,对于整数、小数、字符等基本类型数据的操作也必须要借助指针,一个典型的例子就是交换两个变量的值。

有些初学者可能会使用下面的方法来交换两个变量的值:
#include <stdio.h>

void swap(int a, int b){
    int temp;  //临时变量
    temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main(){
    int a = 66, b = 99;
    swap(a, b);
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    return 0;
}
运行结果:
a = 66, b = 99

从结果可以看出,a、b 的值并没有发生改变,交换失败。这是因为 swap() 函数内部的 a、b 和 main() 函数内部的 a、b 是不同的变量,占用不同的内存,它们除了名字一样,没有其他任何关系,swap() 交换的是它内部 a、b 的值,不会影响它外部(main() 内部) a、b 的值。

改用指针变量作参数后就很容易解决上面的问题:
#include <stdio.h>

void swap(int *p1, int *p2){
    int temp;  //临时变量
    temp = *p1;
    *p1 = *p2;
    *p2 = temp;
}

int main(){
    int a = 66, b = 99;
    swap(&a, &b);
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    return 0;
}
运行结果:
a = 99, b = 66

调用 swap() 函数时,将变量 a、b 的地址分别赋值给 p1、p2,这样 *p1、*p2 代表的就是变量 a、b 本身,交换 *p1、*p2 的值也就是交换 a、b 的值。函数运行结束后虽然会将 p1、p2 销毁,但它对外部 a、b 造成的影响是“持久化”的,不会随着函数的结束而“恢复原样”。

需要注意的是临时变量 temp,它的作用特别重要,因为执行*p1 = *p2;语句后 a 的值会被 b 的值覆盖,如果不先将 a 的值保存起来以后就找不到了。

这就好比拿来一瓶可乐和一瓶雪碧,要想把可乐倒进雪碧瓶、把雪碧倒进可乐瓶里面,就必须先找一个杯子,将两者之一先倒进杯子里面,再从杯子倒进瓶子里面。这里的杯子,就是一个“临时变量”,虽然只是倒倒手,但是也不可或缺。

用数组作函数参数

数组是一系列数据的集合,无法通过参数将它们一次性传递到函数内部,如果希望在函数内部操作数组,必须传递数组指针。下面的例子定义了一个函数 max(),用来查找数组中值最大的元素:
#include <stdio.h>

int max(int *intArr, int len){
    int i, maxValue = intArr[0];  //假设第0个元素是最大值
    for(i=1; i<len; i++){
        if(maxValue < intArr[i]){
            maxValue = intArr[i];
        }
    }
   
    return maxValue;
}

int main(){
    int nums[6], i;
    int len = sizeof(nums)/sizeof(int);
    //读取用户输入的数据并赋值给数组元素
    for(i=0; i<len; i++){
        scanf("%d", nums+i);
    }
    printf("Max value is %d!\n", max(nums, len));

    return 0;
}
运行结果:
12 55 30 8 93 27↙
Max value is 93!

参数 intArr 仅仅是一个数组指针,在函数内部无法通过这个指针获得数组长度,必须将数组长度作为函数参数传递到函数内部。数组 nums 的每个元素都是整数,scanf() 在读取用户输入的整数时,要求给出存储它的内存的地址,nums+i就是第 i 个数组元素的地址。

用数组做函数参数时,参数也能够以“真正”的数组形式给出。例如对于上面的 max() 函数,它的参数可以写成下面的形式:
int max(int intArr[6], int len){
    int i, maxValue = intArr[0];  //假设第0个元素是最大值
    for(i=1; i<len; i++){
        if(maxValue < intArr[i]){
            maxValue = intArr[i];
        }
    }
    return maxValue;
}
int intArr[6]好像定义了一个拥有 6 个元素的数组,调用 max() 时可以将数组的所有元素“一股脑”传递进来。

读者也可以省略数组长度,把形参简写为下面的形式:
int max(int intArr[], int len){
    int i, maxValue = intArr[0];  //假设第0个元素是最大值
    for(i=1; i<len; i++){
        if(maxValue < intArr[i]){
            maxValue = intArr[i];
        }
    }
    return maxValue;
}
int intArr[]虽然定义了一个数组,但没有指定数组长度,好像可以接受任意长度的数组。

实际上这两种形式的数组定义都是假象,不管是int intArr[6]还是int intArr[]都不会创建一个数组出来,编译器也不会为它们分配内存,实际的数组是不存在的,它们最终还是会转换为int *intArr这样的指针。这就意味着,两种形式都不能将数组的所有元素“一股脑”传递进来,大家还得规规矩矩使用数组指针。

int intArr[6]这种形式只能说明函数期望用户传递的数组有 6 个元素,并不意味着数组只能有 6 个元素,真正传递的数组可以有少于或多于 6 个的元素。

需要强调的是,不管使用哪种方式传递数组,都不能在函数内部求得数组长度,因为 intArr 仅仅是一个指针,而不是真正的数组,所以必须要额外增加一个参数来传递数组长度。

C语言为什么不允许直接传递数组的所有元素,而必须传递数组指针呢?

参数的传递本质上是一次赋值的过程,赋值就是对内存进行拷贝。所谓内存拷贝,是指将一块内存上的数据复制到另一块内存上。

对于像 int、float、char 等基本类型的数据,它们占用的内存往往只有几个字节,对它们进行内存拷贝非常快速。而数组是一系列数据的集合,数据的数量没有限制,可能很少,也可能成千上万,对它们进行内存拷贝有可能是一个漫长的过程,会严重拖慢程序的效率,为了防止技艺不佳的程序员写出低效的代码,C语言没有从语法上支持数据集合的直接赋值。

除了C语言,C++、Java、Python 等其它语言也禁止对大块内存进行拷贝,在底层都使用类似指针的方式来实现。