第* 章指標與結構 -...

序言 ii

C 語言的最大特色就是「指標」（Pointer），這是個讓人又愛又怕受

傷害的主題。有一句話是，學過 C，而不會指標，那只能說您看過 C。熟悉指標的人，會將它比喻是天上那一顆最美的星星，而讓不懂的人，頭

上會冒星星，同樣是星星，但卻有不同的情境。

「指標好難喔，像無字天書，不知道該如何學，從哪一地方開始下

手，有沒有秘訣…」，常常有人會對我講這些話，並問我有沒有好方法

可以「頓悟」它。有許多人學到指標時，便裹足不前。基本原因是沒有

專書討論指標及與其相關的主題。基於此，便開始規劃，撰寫一本以指

標為核心的書籍，使得對指標不太懂的人，可以輕易了解指標的運作原

理與其應用，同時也可以讓已了解的人精益求精，更進一步探考個中的

奧秘。現在，已夢想成真，從書名「精通 C/C++ 指標：深入系統底層技

術」，就知道它是您學習與深入指標的最佳讀本。

本書內容精彩無比，除了對 C/C++ 語言的指標有深入的探討外，同

時也將與指標有異曲同工之妙的 reference 詳加討論，所以本書不僅有 C

而已，還包括 C++ 程式語言，有關 reference 的主題。其實不僅 C++ 使

用 reference 的概念，Java、C# 以及 Python 也是以 reference 達到和 C 語

言的指標之功能。所以本書也加入 Java、C# 以及 Python 這三種程式語

言相關議題的討論。

我們從 C 語言的指標與其息息相關的記憶體基本概念，開始展開這

一次的快樂探險旅程，其中會經過：指標與變數、指標與陣列、指標與

函數、指標與字串、指標與結構、鏈結串列、二元搜尋樹、指標與檔案

處理等刺激關卡，希望能有效導引讀者進入指標的深層世界。同時也會

以鏈結串列、二元搜尋樹，檔案的處理等重要的主題，加以應用於本書

所談的其它程式語言，從而驗證指標與 reference 的相似功能。

序

序言 iii

本書的共有六篇，前五篇分別是當今很紅的程式語言，分別是 C、

C++、Java、Visual C# 及 Python。第六篇是各種程式語言比較篇，將 C、

C++、Java、Visual C# 及 Python 等五種程式語言，在程式語言基本架構

上的主題做比較，希望此篇可以讓您一窺程式語言之美。

撰寫本書的心情不知為什麼，雖然很辛苦，但覺得好愉快，因為我

的期望快實現了，因為您可以從本書輕輕鬆鬆的了解指標的精髓，進而

加以應用，並告訴我，「指標是天上閃亮的星星」。

擁護我的讀者不在少數，有的在國內，有的在大陸，因此，常常會

聽到：「老師，我是看您的書長大的」。真的有一種使命感，要撰寫一

些進階有參考價值的書，本書完成了，真誠的希望您可以從書中獲取一

些知識，做為您的一技之長。再一次的謝謝您的一路的相陪、支持與鼓

勵，讓我有動力再出發，感恩。

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指標與函數

04

4-1 函數初探

4-2 兩數對調

4-3 再論傳址呼叫

4-4 指向函數的指標

4-5 傳回指標的函數

4-6 除錯題

4-7 問題演練

4-8 程式實作

Part 1 C 程式語言篇 80

4-1 函數初探

函數 (function)是執行某一任務的片段程式。它的好處是使程式模組化、

重複使用、降低維護成本等功能。函數可分為兩種，一為庫存函數 (library

function)，它是編譯器所提供的，二為使用者自定函數 (user-defined

function)，它是由使用者撰寫的。本章所討論的是後者。

函數的呼叫可分為傳值呼叫 (call by value)與傳址呼叫 (call by address)。

傳值呼叫表示實際參數傳給形式參數的是值 (value)，而傳址呼叫則是傳

位址 (adddress)。

我們先從一簡單的範例談起，請參閱範例程式 functionCall-5。

範例程式：functionCall-5

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/* functionCall-5.c*/ #include double calAverage(double, double); int main() { double x, y, aver; printf("請輸入 x與 y的浮點數: ");

scanf("%lf %lf", &x, &y); aver = calAverage(x, y); printf("x與 y的平均數為: %.2f\n", aver);

getchar(); return 0; } double calAverage(double a, double b) { double average; average=(a+b)/2; return average; }

Chapter 4 指標與函數 81

輸出結果

請輸入 x與 y的浮點數: 12.34 45.67 x與 y的平均數為: 29.01

程式將實際參數 x 與 y 傳送給 calAverage 函數的形式參數 a 與 b，計算

此兩數的平均數，並指定給 average 變數後，回傳給主程式的 aver，最後

將它輸出。注意！由於 calAverage 函數的資料型態是 double，所以函數

的回傳值 average 的資料型態也必須是 double。由於 aver 變數用於接收

average 變數值，所以 aver 的資料型態也必須是 double。由於實際參數傳

給形式參數是變數值，所以稱此為傳值呼叫。

4-2 兩數對調

指標到底有什好處呢？我們從兩數對調的運作方式談起，請參閱範例程

式 swapType。

範例程式：swapType

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10 11 12 13 14 15 16 17 18

/* swapType.c */ #include void swap_by_address(int *, int *); void swap_by_value(int, int); int main() { int x=100, y=200; /* Call by value */ printf("Call by value\n"); printf("Before swapping...\n"); printf("x=%d, y=%d\n", x, y); swap_by_value(x, y); printf("After swapping...\n"); printf("x=%d, y=%d\n\n", x, y); /* Call by address */ x = 100; y = 200;


19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

printf("Call by address\n"); printf("Before swapping...\n"); printf("x=%d, y=%d\n", x, y); swap_by_address(&x, &y); printf("After swapping...\n"); printf("x=%d, y=%d\n\n", x, y); getchar(); return 0; } void swap_by_value(int a, int b) { int temp; temp = a; a = b; b = temp; } void swap_by_address(int *a, int *b) { int temp; temp = *a; *a = *b; *b = temp; }

輸出結果

Call by value Before swapping... x=100, y=200 After swapping... x=100, y=200 Call by address Before swapping... x=100, y=200 After swapping... x=200, y=100


從輸出結果得知，利用傳值呼叫無法達到兩數對調的效果，但利用傳址

呼叫就可以。swap_by_value()為傳值呼叫函數，如圖 4-1 所示：

x 10

y 20

a 10

b 20

temp

temp = a; a = b; b = temp;

圖 4-1 傳值呼叫

而 swap_by_address()為傳址呼叫函數，如圖 4-2 所示：

x 10

20

a

b

temp

temp = *a; *a = *b; *b = temp;

&x

&y

圖 4-2 傳址呼叫

4-3 再論傳址呼叫

接下來，討論一些常以傳址方式運作的範例。

4-3-1 找尋陣列中的最大值

首先討論如何呼叫一函數，尋找出陣列的最大值，如範例程式 findMax

所示。


範例程式： findMax 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

/* findMax.c*/ #include int findmax(int [], int); int main() { int i; int arr[] = {20, 10, 100, 40, 60, 80, 90}; int elements = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); int maxNumber = findmax(arr, elements); printf("Max( "); for(i=0; i


int findmax(int *, int n); /* 函數語法宣告 */ … int findmax(int *x, int n) /* 函數定義 */ { int j; int max = *x; for(j=1; j max) max = *(x+j); return max; }

上述兩種寫法都可以。因為 [] 和 * 都是指標。我個人比較喜歡使用 *

的方式，因為它好像天上一顆閃亮的星星。

4-3-2 加總一維陣列的元素

接下來，討論如何呼叫一函數，以計算一維陣列元素的總和，如範例程

式 sumOfArray1-1 所示。

範例程式：sumOfArray1-1

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/* sumOfArray1-1.c */ #include int sum(int [], int); int main() { int i; int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100}; int elements = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); int total = sum(arr, elements); printf("Sum( "); for(i=0; i


20 21 22 23 24 25 26

int sum(int x[], int n) { int j, t = 0; for(j=0; j


輸出結果

Sum( 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ) is 550

從輸出結果驗證，使用

t += x[j];

與

t += *(x+j);

是一樣的。

4-3-3 加總二維陣列的元素

以上是傳送一維陣列，那二維陣列應如何傳送呢？我們來探討如何呼叫

一函數，以計算二維陣列的總和，請參閱範例程式 sumOfArray2-1。

範例程式：sumOfArray2-1

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10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

/* sumOfArray2-1.c */ #include int sum(int [][2], int, int); int main() { int i, j, row, column, total=0; int arr2[][2] = {10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100}; int elements = sizeof(arr2)/sizeof(arr2[0][0]); row = elements / 2; column = 2; total = sum(arr2, row, column); printf("There are %d elements in the array\n", elements); printf("Sum(\n"); for(i=0; i


21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

printf(") is %d\n", total); getchar(); return 0; } int sum(int p2[][2], int n, int m) { int i, j, t = 0; for(i=0; i


13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

total = sum(arr2, row); printf("There are %d elements in the array\n", elements); printf("Sum(\n"); for(i=0; i


4-4 指向函數的指標

指向函數的指標 (pointer to function)相信有些人從未用過，或根本沒聽

過，指標怎麼會和函數有關連呢？指向指標的函數可使得程式在應用上

顯得更為靈活，當您要使用哪一函數，只要將指標指向此函數即可，其

實就是將函數名稱設定給一指標，因為函數名稱是一位址（當然是在記

憶體的位址），在未進入此主題時，讀者須分辨

int *pf(int); －

與

int (*pf)(int); －

是不一樣的，其中表示 pf 是一函數，此函數有一參數為 int 型態，且會

回傳一指向 int 的指標，下一節將詳加討論。而為 pf 是一指向某一函數

的指標，此函數最後回傳 int 值。

在處理指向函數指標時，有一些需要特別注意的地方：

int add(int, int); int (*pf)(int, int); pf = add;

因為 add 函數有 2 個參數，故 pf 指標也要有 2 個參數才能匹配。以下是

不正確的使用方法：

double add1(double, double); int add2(int); int (*pf)(int, int); pf = add1; /* 錯，因為兩者函數之參數的資料型態不同 */ pf = add2; /* 錯，因為兩者函數之參數的個數不同 */

有了以上的認知後，咱們來研究範例程式 pointerToFunction 做了什麼事。

範例程式：pointerToFunction

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/* pointerToFunction.c */ #include int add(int, int); int substract(int, int);


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int multiply(int, int); int divide(int, int); int (*operation)(int, int); int main() { int x, y, output; printf("請輸入 x 與 y: ");

scanf("%d %d", &x, &y); operation = add; output = (*operation)(x, y); printf("%d + %d = %d\n", x, y, output); operation = substract; output = (*operation)(x, y); printf("%d - %d = %d\n", x, y, output); operation = multiply; output = (*operation)(x, y); printf("%d * %d = %d\n", x, y, output); operation = divide; output = (*operation)(x, y); printf("%d / %d = %d\n", x, y, output); getchar(); return 0; } int add(int a, int b) { return a+b; } int sub(int a, int b) { return a-b; } int multiply(int a, int b) {


46 47 48 49 50 51 52

return a*b; } int divide(int a, int b) { return a/b; }

輸出結果

請輸入 x 與 y: 100 2 100 + 2 = 102 100 – 2 = 98 100 * 2 = 200 100 / 2 = 50

程式中有四個函數分別處理加 (add)、減 (sub)、乘 (multiply) 、除 (divide)，

同時也宣告一指向函數的指標 operation，當要處理加法時，則將 add 指

定給 operation。同理，要處理乘法，也只要將 multiply 指定給 operation

便可，以此類推。程式要求使用者輸入二個數值 x、y，並將其結果存放

於 output。

4-5 傳回指標的函數

前面曾提及

int *pf(int);

它是一回傳指標的函數 (function returns a pointer)，其表示 pf 是一函

數，此函數有一個參數，而且會回傳一指向 int 的指標。請參閱範例程式

functionRetPointer。

範例程式：functionRetPointer

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/* funtionRetPointer.c */ #include int *pf(int [], int); #define MAX 5


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int k[MAX]; int main() { int total=0, n; int i[MAX] = {10, 20, 30, 40, 50}; int *ptr; ptr = pf(i, MAX); printf("ptr = %#x\n\n", ptr); printf("Sum of (\n"); for(n=0; n


ptr = 0x1030 Sum of ( k[0] = 110 k[1] = 220 k[2] = 330 k[3] = 440 k[4] = 550 ) is 1650

程式中有一函數的原型宣告，如下所示：

int *pf(int [], int);

此表示 pf 是一函數，有兩個參數，而且會回傳一指向 int 的指標。程式中

的 k 是陣列名稱，表示陣列第一個元素的位址。當 pf 函數結束時，將回

傳 k 給 main 函數的 ptr 指標變數，使得 ptr 是一指向 k 陣列第一個元素的

位址，亦即 ptr 等同於 &k[0] (從輸出結果得知為 0x1030)。


4-6 除錯題

小蔡老師出了以下程式，要請大家一起來 Debug。

1. /* sumOfArrayBugs-1.c */ #include int sum(int *, int); int main() { int i; int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100}; int elements = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); int total = sum(arr, elements); printf("Sum("); for(i=0; i


for(i=0; i


5. /* functionRetPointer-bugs.c */ #include int *pf(int [], int); #define MAX 5 int main() { int total = 0, k; int i[MAX] = {10, 20, 30, 40, 50}; int *ptr; ptr = pf(i, MAX); printf("ptr=%p\n\n", ptr); printf("Sum of (\n"); for(k=0; k


4-7 問題演練

1. 試申述下列敘述的意義：

(a) int (*p)(int);

(b) int *p(int);

4-8 程式實作

1. 請先定義一含有十個資料的一維陣列，再利用傳址方式將此陣列， (1)

傳給 input 函數，以便輸入資料， (2)傳給 total 函數，計算此陣列元素

的和，之後將總和回傳。

2. 請先定義一含有八個資料的二維陣列 (2 列 4 行 )，再利用傳址方式將此

陣列，(1)傳給 input 函數，以便輸入資料，(2)傳給 total2 函數，計算此

陣列元素的和，之後將總和回傳。

3. 撰寫兩種排序的方法，如氣泡排序與插入排序，之後以 4-4 節所論及指

向函數的指標之方法，撰寫一主程式分別呼叫這兩個函數。

4. 試以第三章的命令列引數，在命令列提示字元的模式下，將一陣列的

資料以氣泡排序加以排序之。

sort –r 或 sort -a

r 表示以降幕（由大至小）的方式排序之，a 則表示以升幕（由小至大）

的方式排序之。

ACL050000_04.pdf04指標與函數4-1　函數初探4-2　兩數對調4-3　再論傳址呼叫4-4　指向函數的指標4-5　傳回指標的函數4-6　除錯題4-7　問題演練4-8　程式實作

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile (None) /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

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