# 重拾 C 語言::指標的部分

## 指標
[C 語言規格書](http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n1256.pdf)中有針對指標語法做出明確定義。然而，仍有部分是規格書中沒有交代清楚的，像是：
- 以實作定義
- 未指定
- 未定義
> Jserv 說過： 閱讀規格書可以大幅省去臆測。
> 更詳細的資訊可以參考[你所不知道的 C 語言: 開發工具和規格標準](https://hackmd.io/@sysprog/c-standards?type=view)。
### 指標的用途

- 建立快速有效率的程式碼
- 提供更方便解決問題的方法
- 動態記憶體配置
- 簡化表達式
簡潔表達式是為了解決問題，而非為了簡潔而簡潔，像是：

    char *name[] = {"Miller", "Jones", "Anderson"};
    printf("%c\n", *(*(name+1)+2));
    printf("%c\n", names[1][2]);

根據上述程式碼，即使利用指標來表示更為精簡，但是卻降低了可讀性。
在這個情況下，使用 `printf("%c\n", names[1][2]);` 會是更好的選擇。
- 利用指標傳遞結構資料，避免傳遞大量資料造成的負擔
- 保護以參數傳入參數的資料

### 指標宣告

宣告整數和整數指標：

int num;
int *pi;

> 補充： 整數指標
> 整數指標是指該指標所指向的記憶體位址是用來存放整數的。

#### 星號的位置

以下定義都有相同的效果：

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

#### 動動腦

根據下列程式碼，請問 `value` 和 `ptr` 的型態：

int* ptr, value;

> 答：
> ptr 為 int pointer ，
> value 為 integer 。

#### 閱讀宣告

pci; //pci 是個變數
*pci; //pci 是個指標變數
int *pci; //pci 是個指向整數的指標變數
const int *pci; //pci 是個指向常數整數的指標變數

### 位址運算子

位址運算子 `&` 會回傳運算元的位址，像是：

int num = 0;
int *pi = #

上述程式碼代表：
`num` 變數的數值設為0， `pi` 指向 `num` 的位址。
> 補充： `&` 並不是 `AND` ，它代表 `Address of` 唷。

### NULL 的概念

當 NULL 被指派給指標時表示指標沒有指向任何東西， `null` 的概念表示指標持有一個不會與其他指標相等的特殊數值。
NULL 巨集是個轉型為 void 指標的整數常數0，在許多函數中都這樣定義：

#define NULL ((void*)0)

### void 指標

void 指標可以讓使用者自由指定任何資料型別：

void *pv;

特性：
- void 指標與 char 指標有相同的表示方式與記憶體對齊。
- void 指標永遠不會與其他指標相等。不過，兩個指標指派為 NULL 的 void 指標會相等。

void 指標可以讓我們的 C 程式碼更具彈性，它可以存放任何數值，當我們需要使用時再做轉型即可：

int num;
int *pi = #
void *pv = pi;
pv = (int*) pv;
printf("Value of pi: %p\n", pi)

### 全域與靜態指標

當指標宣告為全域或是靜態時，會在程式起始時初始化為 NULL ：

int *globalpi;

void foo(){
    static int *staticpi;
    // ...
}

int main(){
    // ...
}

根據上述範例，在初始化時這兩個指標皆為 NULL 。

## LP64 Data models

即使 C 語言標準並沒有明確規範，考慮到可攜性以及相容性，資料指標的大小幾乎相等。不過，函數指標就可能與資料指標不同。

| C Data Type | LP64 | ILP64 | LLP64 | ILP32 | LP32 |
| -------- | -------- | -------- | -------- | -------- | -------- |
| char | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| short | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 |
| _int32 | | 32 | | | |
| int | 32 | 64 | 32 | 32 | 32 |
| long | 64 | 64 | 32 | 32 | 32 |
| long long | | | 64 | | |
| pointer | 64 | 64 | 64 | 32 | 32 |

> 補充:
> 實際使用的模型通常可以透過編譯器參數控制。

### 內建指標型別

處理指標時經常使用到四種內建指標型別:
- size_t
- ptrdiff_t
- intptr_t
- uintptr_t

#### 認識 size_t
`size_t` 表示 C 語言中所有物件的最大尺寸，因為對大小而言負數沒有意義是個無號整數。這個型別為系統表達可定址記憶體空間大小時提供可攜性的方法， `size_t` 類型是 `sizeof` 運算子的傳回值類型，也是許多其他函數參使用的類型，包含了 `malloc` 與 `strlen` 等等。

我們可以在多個標準頭檔找到 `size_t` 的宣告:

#ifndef __SIZE_T
#define __SIZE_T
typedef unsigned int size_t;
#endif

此外， `size_t` 型別的數值是無號數，使用錯誤的欄位格式可能會造成錯誤的結果。
(建議使用 `%zu` ，在不支援時，可以考慮使用 `%u` 或是 `%zu` 。)

size_t sizet = -5;
printf("%d\n", sizet);
printf("%zu\n", sizet);

這樣子做會得到以下輸出:

-5
4294967291

### 使用 sizeof 與指標

`sizeof` 運算子可用於取得指標的大小，以下程式會印出 `char` 指標的大小：

printf("Size of *char: %d\n", sizeof(*char));

> 補充：
> 對於 C 語言來說， `sizeof` 是 operator 唷！