【Day 22】C 語言直接讓我放棄的記憶體指標

讓我放棄的記憶體指標

在學習 C 語言的過程中， if、for、while 這些流程控制語法對我來說不算難，因為曾經寫過遊戲腳本，邏輯其實很接近。原以為自己算是挺聰明的，沒想到一個指標就讓我瞬間從天堂墜落，還沒真正起飛就直接殞落。

「前面的各種流程判斷，大家應該都沒問題吧？」老師環顧教室，語氣平淡地問。

教室裡一片寂靜，只有鍵盤敲擊聲零星響起。這種場景在電腦課上很常見，因為大多數人其實都在偷偷打自己的遊戲。

「期中考的時候，會有幾題是關於指標的題目喔！」老師接著補了一句。

「蛤？？？」我心裡只冒出這一個字，毫無懸念。

「說明指標之前，我們先來複習一下上週的變數內容，因為變數和指標有一定的關聯……」老師站在講台上開始解說。

聽到「期中考會考指標」這句話，我整個人瞬間慌了，心裡只冒出一句：

「糟了，這下電腦課會不會被當啊？」

我完全搞不懂指標到底是什麼，只好偷偷戳一下旁邊那個跟我一起打《魔獸爭霸》的同學。

他頭也不抬，還在操作英雄放技能，淡淡回一句：「怕屁，不會啦，繼續打《信長》啦！」

我愣了三秒，覺得這傢伙比城牆還穩。

結果……我就真的放下焦慮，繼續操滑鼠跟著衝鋒陷陣，彷彿期中考根本不存在。

但你各位知道嗎？

讀書時期總有一種人特別討厭 —— 每次都嘴上說不會讀、不會看，結果一到考試就穩穩拿下班上前三名。

同學（攤手）：「啊～這次我都沒看啦，一定會考爛。」
我（心想）：「呵，這次總算有機會贏他了！」

考卷發下來 ——
同學：✨滿分✨
我：……

老師（盯著我）：「你，下課後記得來補考。」
我：Σ(°△°|||)

同學：😎「早就說不會啊。」
我：Orz

記憶體指標與位址

在電腦世界中，不管你宣告的是函式、變數，還是陣列，它們最後都會被存放在記憶體裡，而每一個存放的位置都有一個唯一的「位址」，C 語言中的指標，正是用來存取和操作這些位址的工具。

那麼，該怎麼查看變數的位址呢？其實非常簡單 —— 只要在變數前加上 & 符號即可，這個稱之為取址運算子（Address-of Operator），透過它，我們就能直接取得變數在記憶體中的位址。

底下就讓我們看一個非常簡單的範例，來認識一下指標的基本概念：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 10; // 宣告一個整數變數 a 並賦值為 10

    printf("a 的值是: %d\n", a); // 輸出 a 的值
    printf("a 的位址是: %p\n", &a); // 輸出 a 的位址
    return 0;
}

Note
%p 用來印出記憶體位址，通常會顯示成十六進位數字。
最嚴謹的寫法是 (void*)&a
printf("a 的位址是: %p\n", (void*)&a);
不過大部分情況下 &a 也能正常印出。

執行之後，你可能會看到以下訊息：

a 的值是: 10
a 的位址是: 0x16dd6eac8

這裡的 0x16dd6eac8 就是變數 a 在記憶體中的位址，順帶一提，你看到的位址不一定跟我一樣，因為每次程式跑的時候，記憶體分配都可能不一樣喔！

對前面讀過二進位或十六進位的朋友來說， 0x16dd6eac8 應該不陌生，需要注意的是，這並不是說記憶體真的用十六進位存，而是因為位址本質上是一個數字，只是用十六進位表示會比較精簡，因此通常會以十六進位來顯示。

那麼為什麼要理解指標呢？

因為指標可以讓我們直接操作記憶體中的位址，舉例來講，我們可以將 a 的位址存放到一個指標變數中，這樣我們就可以透過這個指標來存取 a 的值。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 10; // 宣告一個整數變數 a 並賦值為 10
    int *p = &a; // 宣告一個指標變數 p，並將 a 的位址存放到 p 中

    printf("a 的值是: %d\n", a); // 輸出 a 的值
    printf("a 的位址是: %p\n", &a); // 輸出 a 的位址
    printf("p 指向的位址是: %p\n", p); // 輸出 p 指向的位址
    printf("p 指向的值是: %d\n", *p); // 使用解引用運算子 (*) 取得 p 指向的值

    return 0;
}

執行之後，你可能會看到以下訊息：

a 的值是: 10
a 的位址是: 0x16f0c6ac8
p 指向的位址是: 0x16f0c6ac8
p 指向的值是: 10

這代表什麼意思呢？我們可以直接修改 p 指向的值，這樣就可以間接地修改 a 的值：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 10; // 宣告一個整數變數 a 並賦值為 10
    int *p = &a; // 宣告一個指標變數 p，並將 a 的位址存放到 p 中

    printf("修改前 a 的值是: %d\n", a); // 輸出修改前 a 的值
    *p = 20; // 使用解引用運算子修改 p 指向的值
    printf("修改後 a 的值是: %d\n", a); // 輸出修改後 a 的值

    return 0;
}

接著執行之後，你就會看到以下訊息：

修改前 a 的值是: 10
修改後 a 的值是: 20

這樣我們就成功地透過指標修改了 a 的值。

如果你是 JavaScript 開發者，應該會覺得「欸，這不就跟物件、陣列的參考差不多嗎？」沒錯，概念上有點像。

差別在於 —— JS 的參考就像小朋友用安全剪刀，最多剪不直；但 C 的指標是直接給你一把武士刀，你一不小心就可能把程式砍爆，所以阿，指標很強大，但用起來真的要非常小心。

這裡要特別注意一點，在 C 語言中，如果要作為指標使用，必須要先宣告一個指標變數，並且使用 * 符號來表示這是一個指標類型的變數，這也是前面尚未提到的重要部分。

接著你可能會好奇：

「如果我沒有使用 * 與 & 符號，會發生什麼事情呢？」

很好的問題，我們不如來實驗看看比較快：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 10; // 宣告一個整數變數 a 並賦值為 10
    int p = a; // 宣告一個整數變數 p，並將 a 的值賦給 p

     printf("修改前 a 的值是: %d\n", a); // 輸出修改前 a 的值
    p = 20; // 嘗試修改 p 的值
    printf("修改後 a 的值是: %d\n", a); // 輸出修改後 a 的值

    return 0;
}

基本上你會看到以下訊息：

修改前 a 的值是: 10
修改後 a 的值是: 10

因為我們是將 a 的值也就是 10 賦值給 p，所以當我們修改 p 的值時，並不會影響到 a 的值。

那如果將 a 的位址賦值給 p，然後再修改 p 的值，會發生什麼事情呢？我們來試試看：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 10; // 宣告一個整數變數 a 並賦值為 10
    int p = &a; // 宣告一個整數變數 p，並將 a 的位址賦給 p

    printf("修改前 a 的值是: %d\n", a); // 輸出修改前 a 的值
    p = 20; // 嘗試修改 p 的值
    printf("修改後 a 的值是: %d\n", a); // 輸出修改後 a 的值
    return 0;
}

不出意外的話，現在就會看到錯誤訊息了：

main.c:4:9: error: incompatible pointer to integer conversion initializing 'int' with an expression of type 'int *'; remove & [-Wint-conversion]
    4 |     int p = &a; // 宣告一個整數變數 p，並將 a 的位址賦給 p
      |         ^   ~~
1 error generated.

這是因為位址必須要使用指標類型的變數來存放，而我們在這裡使用了 int 類型的變數 p，因為指標是一種特殊的型別，不同於整數，所以必須用 int *p 來宣告。

是不是感覺滿有趣的（並沒有）？

指標對我來說，就像 C 語言裡的 Final Boss。
問題是……我還沒練滿等級，連裝備都沒齊，就直接衝進去挑戰，結果當然是被一招秒殺。
那一刻我只能心裡默念：「Game Over… QQ」

由此可知，沒天分沒關係，上課還是要認真聽課，打不贏魔王沒差，至少別被路邊的史萊姆打爆。

結語

不知道大家以前在學時期有沒有那種不讀書也能考高分的同學？

還是說你就是那個同學呢？

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