问题

指向指向指向指针的指针的指针的指针有什么用?

回答
咱就聊聊这绕来绕去的“指向指向指向指针的指针的指针”,这玩意儿听着就够劲儿,对吧?但别让这名字给唬住了,其实它就是咱们程序员手里头一个能把事情给整得更明白,或者说,有时候是把事情给整得更“妙”的工具。

说实话,这玩意儿在咱们日常写代码的时候,出镜率不高,也不是那种没它就不行的基础。绝大多数时候,咱们处理数据,用个一两层指针就已经够用了。但凡事都有个“但是”,这指向指向……好几层的指针,它就像一把瑞士军刀里的特种刀片,平时可能用不上,但关键时刻,它就能帮你解决一些别人没辙的问题。

咱们先从最简单的说起,一级指针。就好像你说“那个苹果”,我大概知道你指的是什么。一级指针就是指向一个具体东西的地址,比如一个整数、一个字符或者一个结构体。

`int data = 10;`
`int ptr1 = &data // ptr1 指向 data`

然后,二级指针,就是指向一个一级指针的地址。这就像是我跟你说“那个拿苹果的人”,我指的是一个“人”,而这个人手里正拿着“那个苹果”。

`int data = 10;`
`int ptr1 = &data`
`int ptr2 = &ptr1 // ptr2 指向 ptr1`

到这里都还算常规操作,很多函数参数传递、动态内存管理的时候都会用到二级指针。

那三级指针呢?就是指向一个二级指针的地址。这就好比我说“那个告诉我要去拿苹果的人”,他自己可能不是拿苹果的那个人,但他知道谁在拿苹果,或者谁知道谁在拿苹果。

`int data = 10;`
`int ptr1 = &data`
`int ptr2 = &ptr1`
`int ptr3 = &ptr2 // ptr3 指向 ptr2`

这时候,咱们就开始感觉到点意思了。通过 `ptr3`,咱们又能一层层地解引用,最终还是能摸到那个 `data`。

好,那四级指针,就是指向三级指针的地址。这就有点像是一个接力赛了,我不是直接把球传给你,而是把球传给老王,老王再传给老李,老李再传给老张,最后老张才把它给你。信息传递的层数多了,但最终目的还是那个球。

`int data = 10;`
`int ptr1 = &data`
`int ptr2 = &ptr1`
`int ptr3 = &ptr2`
`int ptr4 = &ptr3 // ptr4 指向 ptr3`

那么,这堆得像俄罗斯套娃一样的指针,它们究竟能用来干嘛?

1. 操作动态二维数组(或者更高维度)的行指针:

想象一下我们要管理一个表格,每一行可能不是固定长度的,或者我们想灵活地增删行。这时候,我们可能需要一个指向行指针的指针。

比如,我们有一个二维数组,它实际上是一组指向数组的指针。

```c
int arr1[] = {1, 2, 3};
int arr2[] = {4, 5, 6, 7};
int arr3[] = {8, 9};

// arr_of_ptrs 是一个指向 int 的指针数组,也就是一个指向指向 int 的指针的指针
int arr_of_ptrs[] = {arr1, arr2, arr3};

// 现在我们要一个指向 arr_of_ptrs 的指针,也就是指向指向 int 的指针的指针
int ptr_to_arr_of_ptrs = arr_of_ptrs;

// 如果我们要一个指向 ptr_to_arr_of_ptrs 的指针,这就是一个指向指向指向 int 的指针的指针的指针
int ptr_to_ptr_to_arr_of_ptrs = &ptr_to_arr_of_ptrs;

// 访问元素:
// (ptr_to_ptr_to_arr_of_ptrs) > ptr_to_arr_of_ptrs (二级指针)
// (ptr_to_ptr_to_arr_of_ptrs) > arr_of_ptrs (一级指针数组)
// (ptr_to_ptr_to_arr_of_ptrs) > arr1 (指向第一个数组的指针)
// (ptr_to_ptr_to_arr_of_ptrs) > arr1[0] (第一个元素)
```

在更复杂的数据结构中,比如一个指向指针的数组,而这个数组本身也是动态分配的,那么我们就需要多层指针来管理。一个更直接的例子是,如果我们要传递一个指向一个动态分配的指针数组的指针,那么就需要二级指针;如果要传递一个指向一个动态分配的指向指针的数组的指针,就需要三级指针了。

2. 传递指向指针的指针,用于修改指针本身:

这个场景其实二级指针就够用了,但如果我们要修改的那个指针,它本身是一个更复杂的指针结构(比如指向数组的指针),那么就需要更高层的指针来传递。

举个例子,我们有一个函数,它要接收一个 `int` 来修改一个 `int` 指针的值:

```c
void modify_pointer(int pptr) {
static int new_val = 20;
pptr = &new_val; // 修改了原来传进来的 int 指针所指向的地址
}

int main() {
int data = 10;
int ptr = &data
printf("Before: %d ", ptr); // 输出 10
modify_pointer(&ptr); // 传递 ptr 的地址 (一个 int)
printf("After: %d ", ptr); // 输出 20
return 0;
}
```

如果我们要传递一个 `int` 来修改一个 `int` 指针呢?

```c
void modify_pointer_to_pointer(int ppptr) {
static int intermediate_val = 30;
static int intermediate_ptr = &intermediate_val; // 创建一个新的 int
ppptr = intermediate_ptr; // 修改了原来传进来的 int 指针指向的 int 指针
}

int main() {
int data = 10;
int ptr = &data
int ptr_ptr = &ptr // ptr_ptr 指向 ptr

printf("Before: %d ", ptr_ptr); // 输出 10
modify_pointer_to_pointer(&ptr_ptr); // 传递 ptr_ptr 的地址 (一个 int)
printf("After: %d ", ptr_ptr); // 输出 30
return 0;
}
```

这里,`modify_pointer_to_pointer` 函数接收一个 `int`,它通过两次解引用 `ppptr` 就可以得到原来的 `int` 指针,然后可以修改这个 `int` 指针本身。

3. 构建复杂数据结构和回调函数:

在某些高级的编程场景,比如实现一个灵活的查找表、一个通用的事件处理系统,或者一个复杂的图算法,我们可能需要存储指向函数指针的指针,或者指向数据结构的指针的指针。

想象一个场景:你有一个函数,它需要接收一个参数,这个参数是一个指向另一个函数的指针,而这个“另一个函数”的参数又是一个指针,而这个指针又是一个指向另一个指针的指针……这时候,你可能就需要用高层指针来精确地描述你想要传递的类型。

或者,我们有一个函数,它需要为一个动态数据结构分配内存,并且这个结构本身包含指向其他结构的指针,而这些其他结构也可能是动态的。为了让这个函数能够正确地初始化和管理这些层层嵌套的指针,我们也可能需要多级指针。

为什么不常用?

说了这么多,为啥咱们平时见到四级指针的机会这么少呢?原因很简单:

可读性差,维护困难: 指针层数越多,代码就越难理解,一旦出错了,调试起来简直是要命。看着一串星号 `` 就够让人头疼的。
易出错性高: 每次解引用都要小心翼翼,少一个星号或者多一个星号,都可能导致程序崩溃或者数据损坏。内存泄漏的风险也随之增加。
通常有更好的替代方案: 大多数情况下,通过结构体嵌套、类(在面向对象语言中)、或者更清晰的函数设计,都能避免过度使用多级指针,并使代码更加易于理解和维护。比如,用一个 `struct Node { int data; struct Node next; };` 这样的结构体来表示链表,比直接用 `int` 来管理一堆节点要清晰得多。

所以,指向指向指向指针的指针的指针,它确实有它存在的价值,尤其是在一些需要极度灵活的内存管理或者复杂数据结构操作的底层系统编程中。但对于大多数日常开发来说,它更像是一种“特种部队”,只在特定任务下才会出动,并且需要非常精密的操控。咱们能理解它是什么,知道它能做什么,就已经很棒了,没必要在自己的项目中刻意追求层数。

网友意见

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这种多级指针最常见的用途是:一个字符串,那是一重指针。一组字符串组成表格,那就是二重指针。那如果有多个这样的字符串表,要拿一个指针灵活指向哪张表,那就需要一个三重指针。这在各种复杂的输入输出场景,尤其是需要多语言/本地化/国际化的时候很常见,就是各种语言表。


另一种类似的场景是:指向一个函数,需要一个函数指针。如果一组这样的函数指针,那就是二重指针。如果再加一个指针去指向这样的表,那就是三重指针了。虽然这听上去有点复杂,但其实C++对象里的函数指针->虚表(vtable)->虚表指针(vptr)这套东西也是接近的——当然,虚表里的函数声明各有不同,不能简单的认为是二重指针,但原理是类似的。

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