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C语言指针变量的运算(加法、减法和比较运算)

指针变量保存的是地址,而地址本质上是一个整数,所以指针变量可以进行部分运算,例如加法、减法、比较等,请看下面的代码:
#include <stdio.h>

int main(){
    int    a = 10,   *pa = &a, *paa = &a;
    double b = 99.9, *pb = &b;
    char   c = '@',  *pc = &c;
    //最初的值
    printf("&a=%#X, &b=%#X, &c=%#X\n", &a, &b, &c);
    printf("pa=%#X, pb=%#X, pc=%#X\n", pa, pb, pc);
    //加法运算
    pa++; pb++; pc++;
    printf("pa=%#X, pb=%#X, pc=%#X\n", pa, pb, pc);
    //减法运算
    pa -= 2; pb -= 2; pc -= 2;
    printf("pa=%#X, pb=%#X, pc=%#X\n", pa, pb, pc);
    //比较运算
    if(pa == paa){
        printf("%d\n", *paa);
    }else{
        printf("%d\n", *pa);
    }
    return 0;
}
运行结果:
&a=0X28FF44, &b=0X28FF30, &c=0X28FF2B
pa=0X28FF44, pb=0X28FF30, pc=0X28FF2B
pa=0X28FF48, pb=0X28FF38, pc=0X28FF2C
pa=0X28FF40, pb=0X28FF28, pc=0X28FF2A
2686784
从运算结果可以看出:pa、pb、pc 每次加 1,它们的地址分别增加 4、8、1,正好是 int、double、char 类型的长度;减 2 时,地址分别减少 8、16、2,正好是 int、double、char 类型长度的 2 倍。

这很奇怪,指针变量加减运算的结果跟数据类型的长度有关,而不是简单地加 1 或减 1,这是为什么呢?

以 a 和 pa 为例,a 的类型为 int,占用 4 个字节,pa 是指向 a 的指针,如下图所示:

刚开始的时候,pa 指向 a 的开头,通过 *pa 读取数据时,从 pa 指向的位置向后移动 4 个字节,把这 4 个字节的内容作为要获取的数据,这 4 个字节也正好是变量 a 占用的内存。

如果pa++;使得地址加 1 的话,就会变成如下图所示的指向关系:

这个时候 pa 指向整数 a 的中间,*pa 使用的是红色虚线画出的 4 个字节,其中前 3 个是变量 a 的,后面 1 个是其它数据的,把它们“搅和”在一起显然没有实际的意义,取得的数据也会非常怪异。

如果pa++;使得地址加 4 的话,正好能够完全跳过整数 a,指向它后面的内存,如下图所示:

我们知道,数组中的所有元素在内存中是连续排列的,如果一个指针指向了数组中的某个元素,那么加 1 就表示指向下一个元素,减 1 就表示指向上一个元素,这样指针的加减运算就具有了现实的意义,我们将在《C语言数组指针》一节中深入探讨。

不过C语言并没有规定变量的存储方式,如果连续定义多个变量,它们有可能是挨着的,也有可能是分散的,这取决于变量的类型、编译器的实现以及具体的编译模式,所以对于指向普通变量的指针,我们往往不进行加减运算,虽然编译器并不会报错,但这样做没有意义,因为不知道它后面指向的是什么数据。

下面的例子是一个反面教材,警告读者不要尝试通过指针获取下一个变量的地址:
#include <stdio.h>

int main(){
    int a = 1, b = 2, c = 3;
    int *p = &c;
    int i;
    for(i=0; i<8; i++){
        printf("%d, ", *(p+i) );
    }
    return 0;
}
在 VS2010 Debug 模式下的运行结果为:

3, -858993460, -858993460, 2, -858993460, -858993460, 1, -858993460,

可以发现,变量 a、b、c 并不挨着,它们中间还参杂了别的辅助数据。

指针变量除了可以参与加减运算,还可以参与比较运算。当对指针变量进行比较运算时,比较的是指针变量本身的值,也就是数据的地址。如果地址相等,那么两个指针就指向同一份数据,否则就指向不同的数据。

上面的代码(第一个例子)在比较 pa 和 paa 的值时,pa 已经指向了 a 的上一份数据,所以它们不相等。而 a 的上一份数据又不知道是什么,所以会导致 printf() 输出一个没有意义的数,这正好印证了上面的观点,不要对指向普通变量的指针进行加减运算。

另外需要说明的是,不能对指针变量进行乘法、除法、取余等其他运算,除了会发生语法错误,也没有实际的含义。

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