指標(Pointers)往往是許多同學在C語言的學習過程中，所遇到的第一個巨大的障礙。其實，只要將觀念建構清楚，指標其實一點都不困難。本章將就指標的基本觀念與相關語法進行說明。

要學習指標就必須先瞭解記憶體與變數的關係。在開始之前，先讓我們回顧一下在第5章所談到的變數與記憶體位址的概念：

<note>

摘錄第5章部份內容

int n;

</note>

再回顧一下，在第6章中，我們針對變數與記憶體的關係，所進行的說明。

<note>

摘錄第6章部份內容

int x;

 x=38; 

#include <stdio.h>
 
int main()
{
  int x;
 
  x=38;
 
  printf("The value of x is %d.\n",x);                       
  printf("The memory address of x is %p\n", &x);
  return 0;
}

</note>

指標變數，顧名思義即為一個變數，但其所儲存的不是數值(value)而是某個記憶體的位址(memory address)，或者說其所儲存的值為某個記憶體的位址。其宣告方法等同一般的變數宣告，但在變數名稱前，須加入一個“*”號。

int *p;
int * p;
int* p;

以上這三個宣告的結果都相同，都會建立一個“應該會”指向某一個儲存整數的記憶體位址。C語言也允許我們混合一般的變數宣告與指標變數宣告，請參考下面的這些宣告:

int *x, y;     // x是指標變數, y是一般變數
int i, *j;     // i是一般變數, j是指標變數
int* i,j, k;   // i是指標變數, j與k則是一般變數

在前述的例子中，指標變數都被宣告為“應該會”指向儲存整數(int)的記憶體位址，所以上述的宣告可視為宣告了一些“整數的指標變數”。一般而言，我們常將指標變數的型態稱為參考型態(referenced type)，C語言允許我們將指標宣告為各種型態，換言之，C語言在指標的參考型態上並無限制，例如下面這些都是可行的宣告:

double *p;
char *p;
float *p;

請先執行下列程式，以確認你的系統上的記憶體使用情形：

int main()
{
  printf("The size of an int is %d.\n", sizeof(int)); 
  printf("The size of an int-pointer is %d.\n", sizeof(int *));
  return 0;
}

假設我們所得到的執行結果分別為4與8，由於其單位為byte，表示一個int的整數佔用32位元的記憶體空間，而一個整數指標佔用64位元。

<note tip> 以64位元進行定址的系統，其可使用的記憶體空間最大支援16EB (註1000GB = 1TB, 1000TB = 1PB, 1000PB = 1EB) (EB = Exabyte, 唸做艾克薩 - 拜) </note>

圖figure 1顯示了一個int整數x與整數指標p(它是由 int *p加以宣告)，假設整數變數x是儲存於記憶體位址中的0x7ffff34fff00 - 0x7ffff34fff03 (32位元的整數佔四個bytes)，其值為38，且假設整數指標p儲存於0x7ffff34fff68-0x7ffff34fff6f (8 bytes=64 bits)，其值為0x7ffff34fff00。

Fig. 1

若不考慮記憶體位址的細節，我們可以將figure 1表示為figure 2。

Fig. 2

在圖中p是一個指向0x7ffff34fff00位址的指標，因為當初我們有宣告p的參考型態為int，所以C語言的compiler會知道，p所指向的是位於0x7ffff34fff00 - 0x7ffff34fff03的四個bytes。從抽象角度來看，由於p所儲存的值，正好是x所在的位址，因此我們更常用figure 3來加以表達這樣的一個關係。

Fig. 3

還記得我們在前面的章節中，曾提過一個變數可以使用“&“運算子來取得其所再的記憶體位址嗎？我們可以透過下面的程式碼，來將整數變數x的位址，指定給整數指標p，如此一來，就如同figure 3一樣，p成為了指向整數變數x的指標。

int x=38;
int *p;

p=&x;

C語言提供”&“運算子，來取得變數所在的記憶體位址，以及”*”來間接存取指標變數所指向的記憶體位址中的值。例如，

int x=38;
int *p;

printf("x is located at %p.\n", &x);

其結果會輸出x所在的記憶體位址，且下面的程式碼，會讓p指向x所在的位址，並且將其值輸出。

p=&x;  // 使p指向x所在的位址

printf("The value of *p is %d.\n", *p);

當我們以 p = &x; 將x的所在位址指派給p時，p就好比是x的別名一樣，我們可以在程式碼中使用x或是透過p來存取同一個記憶體位址的值。思考下面的程式碼片段，其執行結果為何？

int x, *p;

p = &x;

x = 6; 
printf("%d %d\n", x, *p);

*p = 8;
printf("%d %d\n", x, *p);

再思考下列的程式碼：

int x,y=5;

x = *&y;

y = &x;

x = *y; 

C語言允許兩個相同參考型態的指標，彼此間進行值的指派，當然其值所代表的是記憶體位址。考慮下面的程式碼，其執行結果為何？

int x=5, y=8, *p, *q;

p = &x;
q = &y;

printf("*p=%d *q=%d\n", *p, *q);

再考慮以下的程式，其執行結果又為何？

int x=5, y=8, *p, *q;

p = &x;
q = &y;

printf("x=%d y=%d *p=%d *q=%d\n", x, y, *p, *q);

*p = *q;

printf("x=%d y=%d *p=%d *q=%d\n", x, y, *p, *q);

再考慮以下的程式，其執行結果又為何？

int x=5, y=8, *p, *q;

p = &x;
q = &y;  // 請參考Fig. 4

printf("x=%d y=%d *p=%d *q=%d\n", x, y, *p, *q);

p = q;   // 請參考Fig. 5

printf("x=%d y=%d *p=%d *q=%d\n", x, y, *p, *q);

Fig. 4

Fig. 5

在一般的情況下，一個C語言的函式(function)可以接受多個引數(arguments)，並經計算後傳回一個單一的值，但若要讓函式傳回多個數值，就無法做到了。假設我們需要設計一個函式，接受一個double數值做為引數，並將其整數與小數部份分別傳回，則可以考慮以下的做法：

void decompose(double val, long *int_part, double *frac_part)
{
   *int_part = (long) val;
   *frac_part = val - ((long)val);
}

這個函式decompose並沒有任何的傳回值，可是它接受了兩個指標做為其引數，並在其計算過程中，透過*間接存取運算子進行相關的計算，所以其計算的結果過直接存放在這兩個指標所指向的記憶體位址內。如此一來，就可以做到讓一個函式可以傳回(事實上並沒有傳回的動作了)一個以上的數值。

要注意的是，函式的原型可以使用下列兩者之一進行宣告：

void decompose(double val, long *int_part, double *frac_part);
void decompose(double, long *, double *);

下面的程式碼展示了呼叫decompose的方法：

double d = 3.1415;
int i;
double f;

decompose(d, &i, &f);

除了可以使用指標做為函式的引數，我們也可以使用指標做為函式的傳回值，請參考以下的範例：

int *max(int *a, int *b)
{
   if( *a > *b)
      return a;
   else
      return b;
}

在呼叫時，要注意必須要以一個整數的指標來接收函式的傳回值:

int x, y;
int *p;

p = max( &x, &y);

或者，以下列的方法取回函式執行後傳回的指標，並透過間接存取，直接存取該指標所指向的位址裡的值。請參考下面的程式：

#include <stdio.h>
 
int *max(int *a, int *b)
{
  if(*a > *b)
    return a;
  else
    return b;
}
 
int main()
{
  int x=5, y=10;
  int *p;
 
  p = max(&x, &y);
  printf("The maximum value is %d.\n", *p);
 
  *max(&x, &y)=100;
 
  printf("The values of x and y are %d and %d.\n", x, y);
 
  return 0;
}

所謂的Call by Value是指當呼叫函式時，所傳入的是數值；同理，若傳入的是記憶體位址就叫Call by Address。下面兩個程式分別就Call by Value與Call by Address做一示範：

void swap(int x, int y)
{
   int temp=x;
   x=y;
   y=temp;
}
 
int main()
{
   int a=5, b=10;
   swap(a,b);
   printf("a=%d b=%d\n", a, b);
}

void swap(int *x, int *y)
{
   int temp=*x;
   *x=*y;
   *y=temp;
}
 
int main()
{
   int a=5, b=10;
   swap(&a,&b);
   printf("a=%d b=%d\n", a, b);
}