C 語言 指標：宣告、存取、配置與釋放記憶體 / C language pointer : declare, access, allocate and free memory

C 語言　指標：宣告、存取、配置與釋放記憶體

作者：許裕永　Darban

指標 (pointer) 也是變數，是用來儲存記憶體位址的變數。

在電腦啟動的時候，作業系統會替所有可用的記憶體以 byte 為單位配給每一單位的記憶體一個編號，這個編號稱之為記憶體位址 (memory address) 。

C 語言可以用指標來儲存記憶體位址，再透過指標去存取指標中儲存的記憶體位址指向的記憶體空間。

所以，指標和一般變數的差異為：

｜) 一般變數中儲存一個值，設計師可以存取該變數中的值。

｜）指標中儲存一個記憶體位址，設計師除了可以存取該指標中的記憶體位址；而且還可以存取指標中儲存的記憶體位址所指向的記憶體空間。

>_< 宣告

指標的宣告敍述是在型別後方加一個 ‘*’ 。例：

int* pointer_a;

或

int* pointer_a = 記憶體位址來源 ;

請注意pointer_a 前方並沒有 ‘*’ ，敍述中的 ‘*’ 置於型別 int 的後面，是型別的一部份。代表現在要宣告的是一個指標。

為了宣告方便宣告一個以上的相同型別的指標，也接受把 ‘*’ 置於指標名稱前方。例：

int *pointer_a, *pointer_b, *pointer_c;

但因為存取時，指標前方是否有 ‘*’ ，代表的意思並不一樣，建議初學者先不要使用這種方式宣告，避免混淆。

>_< 存取

1.          存取指標
pointer_a = 記憶位址來源 ;
//指標前方沒有 ‘*’ 代表存取指標。

記憶位址來源有三種：

A.         另一個變數的記憶體位址。例：
int student_age = 值;
int* pointer_a = &student_age;
’&’ 為取址運算符號，用來取得變數 student_age 的記憶體位址。在這個敍述之後， pointer_a 及 student_age 都可以存取 student_age 的值。

B.         另一個指標儲存的記憶體位址。例：
int* pointer_a = 記憶體位址來源 ;
int* pointer_b;
pointer_b = pointer_a;

請注意pointer_b 及pointer_a 前方都沒有 ‘*’ ，代表要取得的是儲存在 pointer_a 中的記憶體位址，再把取得的記憶體位址指派給 pointer_b。在此敍述之後，pointer_a 及 pointer_b 中儲存的是同一個記憶體位址；也就是說 *pointer_a 及 *pointer_b 可以存取同一個記憶體空間。

在同一個 function 中宣告一個變數或指標，再把記憶體位址指派給另一個指標，是不合邏輯的。它運用的時機是參數的指派， function_a 把某一個記憶體位址當參數，指派給 function_b 的指標，讓 function_b 可以存取 function_a 中的區域變數的值。相關用法筆者將另闢章節討論。

C.         配置新的記憶體空間
下面另外用一個獨立的小節說明。

2.          存取指標中儲存的記憶位址指向的記憶體空間
*pointer_a = 值 ;
//指標前方沒有 ‘*’ 代表存取指標中儲存的記憶位址指向的記憶體空間。

Example:

        int a=10;

        int* b;

        b = &a;

        printf("The memory address of a is : %d\n", &a);

        printf("The memory address store in b is : %d\n", b);

       

        printf("------------------------------------------\n");

        printf("The value assess from a before change by *b is : %d\n", a);

        *b = 100;

        printf("The value assess from a change change by *b is : %d\n", a);

上述的 Example 在同一個 function 宣告指標去存取另一個變數的作法，是不合邏輯的，只是單純示範指標的存取。在 function 中宣告一個指標，會配置新的記憶體空間給它，而不是去搶其他變數的控制權。

>_< 配置記憶體空間

標頭檔： stdlib.h

函式原式： void* malloc(int size)

Example:

        int* a;

        a = (int*)malloc(sizeof(int));

        *a = 100;

        printf("The memory address store in a is : %d\n", a);

        printf("The value assess by *a is: %d\n", *a);

|) 因為 malloc() 的 return type是 void* ，所以必須用 (type*) 轉型。

|) sizeof(type) 可以取得小括號中的型別需要的記憶體空間的容量。

>_< 釋放記憶體空間

標頭檔： stdlib.h

函式原式： void free(void*)

Example:

        int* a;

        a = (int*)malloc(sizeof(int));

        *a = 100;

        free(a);

        printf("The memory address store in a is : %d\n", a);

        printf("The value assess by *a is: %d\n", *a);

配置的記憶體空間，可以在不使用時，呼叫 free() 釋放，讓作業系統再利用。

呼叫 free() 是切斷這個指標和目前配置的記憶體空間的關聯，若有必要可以再配置新的記憶體位址給這個指標。