2020年07月24日 | 第12章 指针的基础与1602液晶的初步认识

我们在上C语言课的时候，学到指针，每一位教C语言的老师都会告诉我们一句：指针是C语言的灵魂。由此可见，指针是否学会是判断一个人是否真正学会C语言的重要指标之一，但是很多同学只知道其重要性，却没学会其灵活性。

简单的程序，100来行代码，不需要指针我们可以轻松搞定，但是当代码写到几千上万行甚至更多的时候，利用指针就可以直接而快速的处理内存中的各种数据结构中的数据，特别是数组、字符串和内存的动态分配等，它为函数之间各类数据传递提供了简洁便利的方法。说了这么多作用估计大家没用过指针也体会不到，但这里就是表达这样一个意思，指针很重要，必须要学会。

指针相对其他知识点来说比较难讲，主要在于例子不好举。简单的程序用指针去做会把简单的程序搞复杂，复杂的程序用指针去写牵扯的知识太多可能又不好理解。从一个角度讲，没学会指针就等于没学会C语言，所以再难也不是我们学不好的理由。这节课我就从我对指针的理解尽可能的把指针形象的介绍给大家，帮大家啃下这块硬骨头，同学们学习这节课内容也要打起十二分精神，集中注意力认真去学，争取拿下指针。

12.1 指针的基本概念和指针变量的声明

12.1.1 变量的地址

要研究指针，我们得先来深入理解内存地址这个概念。打个比方：整个内存就相当于一个拥有很多房间的大楼，每个房间都有房间号，比如从101、102、103直到NNN，我们可以说这些房间号就是房间的地址，相应的内存中的每个单元也都有自己的编号，比如从0x00、0x01、0x02直到0xNN，我们同样可以说这些编号就是内存单元的地址。房间里可以住人，对应的内存单元里就可以“住进”变量了：假如一位名字叫A的人住在101房间，我们可以说A的住址就是101，或者101就是A的住址；对应的，假如一个名为x的变量住在编号为0x00的这个内存单元中，那么我们可以说变量x的内存地址就是0x00，或者0x00就是变量x的地址。

基本的内存单元是字节，英文单词为Byte，我们所使用的STC89C52RC单片机共有512字节的RAM，就是我们所谓的内存，但它分为内部256字节和外部256字节，我们仅以内部的256字节为例，很明显其地址的编号从0开始就是0x00～0xFF。我们用C语言定义的各种变量就存在0x00～0xFF的地址范围内，而不同类型的变量会占用不同数量的内存单元，即字节，可以结合前面讲过的C语言变量类型深入理解。现在，假如我们现在定义了unsigned char a = 1;  unsigned char b = 2;  unsigned int c = 3;  unsigned long d = 4; 这样4个变量，我们把这4个变量分别放到内存中，就会是表12-1中所列的样子，我们先来大概了解一下他们的存储方式。

表12-1 变量存储方式

变量a、b和c和d之间的变量类型不同，因此在内存中所占的存储单元也不一样，a和b都占一个字节，c占了2个字节，而d占了4个字节。那么，a的地址就是0x00，b的地址就是0x01，c的地址就是0x02，d的地址就是0x04，它们的地址的表达方式可以写成：&a，&b，&c，&d。这样就代表了相应变量的地址，C语言中变量前加一个&表示取这个变量的地址，&这个符号就叫做“取址符”。

讲到这里，有一点延伸内容，大家可以了解下：比如变量c是unsigned int类型的，占了2个字节，存储在了0x02和0x03这两个内存地址上，那么0x02是他的低字节还是高字节呢？这个问题由所用的C编译器与CPU架构共同决定，单片机类型不同就有可能不同，大家知道这么回事即可。比如：在我们使用的keil+51单片机的环境下，0x02存的是高字节，0x03存的是低字节。这是编译底层实现上的细节问题，并不影响上层的应用，如下这两种情况在应用上就丝毫不受这个细节的影响：强制类型转换——b = (unsigned char) c，那么b的值一定是c的低字节；取地址——&c，则得到一定是0x02，这都是C语言本身所决定的规则，不因单片机编译器的不同而有所改变。

实际生活中，我们要寻找一个人有两种方式，一种方式是通过它的名字来找人，还有第二种方式就是通过它的住宅地址来找人。我们在派出所的户籍管理系统的信息输入方框内，输入小明的家庭住址，系统会自动指向小明的相关信息，输入小刚的家庭住址，系统会自动指向小刚的相关信息。这个供我们输入地址的这个方框，在户籍管理系统叫做“地址输入框”。

那么，在C语言中，我们要访问一个变量，同样有两种方式：一种是通过变量名来访问，另一种自然就是通过变量的地址来访问了。在C语言中，地址就等同于指针，变量的地址就是变量的指针。我们要把地址送到上边那个所谓的“地址输入框”内，这个“地址输入框”既可以输入x的指针，又可以输入y的指针，所以相当于一个特殊的变量——保存指针的变量，因此称之为指针变量，简称为指针，而通常我们说的指针就是指指针变量。

地址输入框输入谁的地址，指向的就是这个人的信息，而给指针变量输入哪个普通变量的地址，它自然就指向了这个变量的内容，通常的说法就是指针指向了该变量。

12.1.2 指针变量的声明

在C语言中，变量的地址往往都是编译系统自动分配的，对我们用户来说，我们是不知道某个变量的具体地址的。所以我们定义一个指针变量p，把普通变量a的地址直接送给指针变量p就是p = &a;这样的写法。

对于指针变量p的定义和初始化，一般有两种方式，这两种方式，初学者很容易混淆，因此这个地方没别的方法，就是死记硬背，记住即可。

方法1：定义时直接进行初始化赋值。

       unsigned   char   a;

       unsigned   char   *p = &a;

方法2：定义后再进行赋值。

       unsigned   char   a;

       unsigned   char  *p;

       p = &a;

大家仔细看会看出来这两种写法的区别，它们都是正确的。我们在定义的指针变量前边加了个*，这个*p就代表了这个p是个指针变量，不是个普通的变量，它是专门用来存放变量地址的。此外，我们定义*p的时候，用了unsigned char来定义，这里表示的是这个指针指向的变量类型是unsigned char型的。

指针变量似乎比较好理解，大家也能很容易就听明白。但是为什么很多人弄不明白指针呢？因为在C语言中，有一些运算和定义，他们是有区别的，很多同学就是没弄明白他们的区别，指针就始终学不好。这里我要重点强调两个区别，只要把这两个区别弄明白了，起码指针变量这部分就不是问题了。这两个重点现在大家死记硬背，直接记住即可，靠理解有可能混淆概念。

第一个重要区别：指针变量p和普通变量a的区别。

我们定义一个变量a，同时也可以给变量a赋值a = 1，也可以赋值a = 2。

我们定义一个指针变量p，另外还定义了一个普通变量a=1，普通变量b=2，那么这个指针变量可以指向a的地址，也可以指向b的地址，可以写成p = &a，也可以写成p = &b，但是就不能写成p = 1或者p = 2或者p = a，这三种表达方式都是错的。

因此这个地方，不要看到定义*p的时候前边有个unsigned char型，就错误的赋值p=1，这个只是说明p指向的变量是这个unsigned char类型的，而p本身，是指针变量，不可以给他赋值普通的值或者变量，后边我们会直接把指针变量称之为指针，大家要注意一下这个小细节。

前边这个区别似乎比较好理解，还有第二个重要区别，一定要记清楚。

第二个重要区别：定义指针变量*p和取值运算*p的区别。

“*”这个符号，在我们的C语言有三个用法，第一个用法很简单，乘法操作就是用这个符号，这里就不讲了。

第二个用法，是定义指针变量的时候用的，比如unsigned char *p，这个地方使用“*”代表的意思是p是一个指针变量，而非普通的变量。

还有第三种用法，就是取值运算，和定义指针变量是完全两码事，比如：

unsigned   char   a = 1;

unsigned   char   b = 2;

unsigned   char  *p;

p = &a;

b = *p;

这样两步运算完了之后，b的值就成了1了。在指针这块，&a表示取a这个变量的地址，把这个地址送给p之后，再用*p运算表示的是取指针变量p指向的地址的变量的值，又把这个值送给了b，最终的结果相当于b=a。同样是*p，放在定义的位置就是定义指针变量，放在程序中就是取值运算。

这两个重要区别，大家可以反复阅读三四遍，把这两个重要区别弄明白，指针的大门就顺利的踏进去一只脚了。至于详细的用法，我们后边用得多了就会慢慢熟悉起来了。

12.1.3 指针的简易应用程序

前边我们提到了，指针的意义往往在小程序里是体现不出来的，对于简易程序来说，有时候用了指针，反而可能比没用指针还麻烦，但是为了让大家巩固一下指针的用法，我还是写了个使用指针的流水灯程序，目的是让大家从简单程序开始了解指针，当程序复杂的时候不至于手足无措。

#include

sbit  ADDR0 = P1^0;

sbit  ADDR1 = P1^1;

sbit  ADDR2 = P1^2;

sbit  ADDR3 = P1^3;

sbit  ENLED = P1^4;

void ShiftLeft(unsigned char *p);

void main(void)

{

    unsigned int  i = 0;

    unsigned char buf = 0x01;

    ADDR0 = 0;   //选择独立LED

    ADDR1 = 1;

    ADDR2 = 1;

    ADDR3 = 1;

    ENLED = 0;   //LED总使能

    while(1)

    {

        P0 = ~buf;               //缓冲值取反送到P0口

        for (i=0; i<20000; i++); //延时

        ShiftLeft(&buf);         //缓冲值左移一位

        if (buf == 0)            //如移位后为0则重赋初值

        {

            buf = 0x01;

        }

    }

}

void ShiftLeft(unsigned char *p)

{

    *p = *p << 1;  //利用指针变量可以向函数外输出运算结果

}

这是一个使用指针实现流水灯的例子，纯粹是为了讲指针而写这样一段程序，程序中传递的是buf的地址，把这个地址值直接传递给函数ShiftLeft的形参指针变量p，也就是p指向了buf。对比之前的函数调用，大家是否看明白，如果是普通变量传递，只能单向的，也就是说，主函数传递给子函数的值，子函数只能使用却不能改变。而现在我们传递的是指针，不仅仅我们的子函数可以使用buf里边的值，而且还可以对buf里边的值进行改变。

此外再强调一句，只要是*p前边带了变量类型如unsigned char，就是表示定义了一个指针变量p，程序中的*p，是指p所指向的内容。

通过理论的学习和这样一个例程，我想大家对指针应该有概念了，至于它的灵活应用，需要我们在后边的程序中去体会，理论上就不再过多赘述了。

[size=14.0000pt]12.2 [size=14.0000pt]指向数组元素的指针[size=14.0000pt]12.2.1 [size=14.0000pt]指向数组元素的指针的介绍和运算法则

所谓指向数组元素的指针，其本质还是变量的指针。因为我们的数组里的每个元素，其实都可以直接看成是一个变量，所以指向数组元素的指针，也就是变量的指针。

指向数组元素的指针不难，但很常用。我们用程序来解释会比较直观一些。

unsigned  char  number[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

unsigned  char *p;

如果我们写p = &number[0];那么指针p就指向了number的第0号元素，也就是把number[0]的地址赋值给了p，同理，如果写p =&number[1];p就指向了数组number的第1号元素，p=&number[x];其中x的取值范围是0<=x<=9，表示p指向了数组number的第x号元素。

指针本身，也可以进行几种简单的运算，这几种运算对于数组元素的指针来说应用最多。

1、比较运算。比较的前提是两个指针指向同种类型的对象，比如两个指针变量p和q他们指向了具有同种数据类型的数组，那他们可以进行<，>，>=，<=，==等关系运算。如果p==q为真的话，表示这两个指针指向的是同一个元素。

2、指针和整数可以直接进行加减运算。比如还是上边我们那个指针p和数组number，如果p = &number[0]，那么p+1就指向了number[1]，p+9就指向了number[9]。当然了，如果p = &number[9]，p-9也就指向了number[0]。

3、两个指针变量在一定条件下可以进行减法运算。如p = &number[0]; q = &number[9];那么q-p的结果就是9。但是这个地方大家要特别注意，这个9代表的是元素的个数，而不是真正的地址差值。如果我们的number的变量类型是unsigned int型，占2个字节，q-p的结果依然是9，他代表的是数组元素的个数。

在数组元素指针这里还有一种情况，就是我们的数组名字代表了数组元素的首地址，也就是说

p = &number[0];

p = number;

这两种表达方式是等价的，因此以下几种表达形式和内容需要大家格外注意一下。

1、根据指针的运算规则，p+x代表的是number[x]的地址，那么number+x代表的也是number[x]的地址。或者说，他们指向的都是number数组的第x号元素。

2、*(p+x)和*(number+x)都表示number[x]。

3、指向数组元素的指针也可以表示成数组的形式，也就是说，允许指针变量带下标，即p[ i]和*(p+i)等价。但是为了避免混淆与规范起见，这里我们建议大家不要写成前者，而一律采用后者的写法。但如果看到别人那么写，也知道是怎么回事即可。

二维数组元素的指针和一维数组类似，需要介绍的内容不多。假如现在一个指针变量p和一个二维数组number[3][4]，它的地址的表达方式也就是p=&number[0][0]，有一个地方要注意，既然数组名代表了数组元素的首地址，那么也就是说p和number都是指数组的首地址。对二维数组来说，number[0]，number[1]，number[2]都可以看成是一维数组的数组名字，所以number[0]等价于&number[0][0]，number[1]等价于&number[1][0]，number[2]等价于&number[2][0]。加减运算和一维数组是类似的，不再详述。

12.2.2 指向数组元素的指针应用例程

在我们的C语言里边，sizeof()可以用来获取括号内的对象所占用的内存字节数，虽然它写作函数的形式，但它并不是一个函数，而是C语言的一个关键字，sizeof()整体在程序代码中就相当于一个常量，也就是说这个获取操作是在程序编译的时候进行的，而不是在程序运行的时候进行。这是一个实际编程中很有用的关键字，灵活运用它可以为程序带来更好可读性、易维护性和可移植性，在后续的例程学习中将会慢慢有所体会的。

sizeof()括号中的可以是变量名，也可以是变量类型，其结果是等效的。而其更大的用处是与数组名搭配使用，这样可以获取整个数组占用的字节数，就不用自己动手计算了。

下面我们提供了一个简单的串口演示例程，可以体验一下指针和sizeof()的用法。例程首先接收上位机下发的命令，根据命令值分别把不同数据的数据回发给上位机，程序还用到了指针的自增运算，也就是+1运算，大家可以认真考虑一下指针ptrTxd在串口发送的过程中的指向是如何变化的。在上位机串口调试助手中分别下发1,2,3,4，就会得到不同的数组回发，注意这里都用十六进制发送和十六进制显示。

此外，这个程序还应用到一个小技巧，这里大家要学会使用。我们前边讲了串口发送中断标志位TI是硬件置位，软件清零的。通常来讲，我们想一次发送多个数据的时候，就需要把第一个字节写入SBUF，然后在等待发送中断，再在后续中断中在发送剩余的数据，这样我们的数据发送过程就被拆分到了两个地方——主循环内和中断服务函数内，无疑就使得程序结构变得零散了。这个时候，为了使程序结构尽量紧凑，在启动发送的时候，不是向SBUF中写入第一个待发的字节，而是直接让TI=1，注意，这时候会马上进入串口中断，因为中断标志位置1了，但是串口线上并没有发送任何数据，于是，我们所有的数据发送都可以在中断中进行，而不用再分为两部分了。大家可以在程序中体会一下这个技巧的好处。

#include

bit cmdArrived = 0;   //命令到达标志，即接收到上位机下发的命令

unsigned char cmdIndex = 0; //命令索引，即与上位机约定好的数组编号

unsigned char cntTxd = 0;   //串口发送计数器

unsigned char *ptrTxd = 0;  //串口发送指针

unsigned char array1[1] = {1};

unsigned char array2[2] = {1,2};

unsigned char array3[4] = {1,2,3,4};

unsigned char array4[8] = {1,2,3,4,5,6,7,8};

void ConfigUART(unsigned int baud);

void main ()

{

    ConfigUART(9600);  //配置波特率为9600

    EA = 1;  //开总中断

    while(1)

    {

        if (cmdArrived)

        {

            cmdArrived = 0;

            switch (cmdIndex)

            {

                case 1:

                    ptrTxd = array1;         //数组1的首地址赋值给发送指针

                    cntTxd = sizeof(array1); //数组1的长度赋值给发送计数器

                    TI = 1;                //手动方式启动发送中断，处理数据发送

                    break;

                case 2:

                    ptrTxd = array2;

                    cntTxd = sizeof(array2);

                    TI = 1;

                    break;