指针入门：概念、应用与实践

### 指针入门：概念、应用与实践 #### 指针运算与数组偏移 在编程中，指针运算和数组偏移是很重要的概念。比如下面的代码： ```cpp Serial.print(greet[i]); Serial.print(greet + i); Serial.print(2200 + 0); Serial.print(2200); ``` 这似乎能正确处理数组的第一个元素。但当 `i = 1` 时： ```cpp Serial.print(greet[i]); Serial.print(greet + 1); Serial.print(2200 + 1); Serial.print(2201); ``` `2201` 并不是数组中第二个元素的左值（lvalue）。这是因为编译器在计算数组偏移时，会根据数据类型的标量（scalar）来缩放偏移量。对于 `int` 类型，我们可以这样验证： ```cpp Serial.print(*(greet + i)); // 等同于下面的写法 Serial.print(*(greet + i * scaler)); Serial.print(*(greet + i * sizeof(int))); Serial.print(*(greet + i * 2)); Serial.print(*(2200 + 1 * 2)); Serial.print(*(2202)); // 当 i = 1 时的左值 ``` 这里 `2202` 是数组第二个元素的左值，说明这种计算方式是正确的。另外，使用 `Serial.print(*ptr++);` 也能正常工作，因为所有指针运算都会根据底层数据类型进行缩放。在 `int` 类型的情况下，每次递增偏移量会增加 2，因为 `int` 类型每个元素需要 2 个字节的内存。而且，当我们改变程序中使用的数据类型时，编译器会自动调整标量。 #### 值传递与引用传递 为了证明值传递（pass-by-value）和引用传递（pass-by-reference）的区别，我们来看下面的代码示例。 **值传递示例**： ```cpp void setup() { Serial.begin(9600); int number = 10; Serial.print("lvalue for number is "); Serial.print((int) &number); Serial.print(" rvalue for number is "); Serial.println(number); SquareIt(number); Serial.print("After call: rvalue for number is "); Serial.println(number); } void loop() {} void SquareIt(int temp) { Serial.print("In SquareIt(), lvalue for temp is "); Serial.print((int) &temp); Serial.print(" rvalue for temp is "); Serial.println(temp); temp *= temp; Serial.print("The new rvalue for temp is "); Serial.println(temp); } ``` 运行这个程序，在 `setup()` 函数中 `number` 的左值是 8694，右值（rvalue）是 10。调用 `SquareIt()` 函数时，`temp` 接收了 `number` 的值。在 `SquareIt()` 函数内部，`temp` 的左值是 8687，右值是 10。对 `temp` 进行平方运算后，其右值变为 100。但回到 `setup()` 函数后，`number` 的右值仍然是 10，说明这里是值传递，传递的是值的副本，函数内部对副本的修改不会影响原始变量。 **引用传递示例**： 将 `setup()` 函数中的调用语句从 `SquareIt(number);` 改为 `SquareIt(&number);`，并修改 `SquareIt()` 函数如下： ```cpp void SquareIt(int *temp) { Serial.print("In SquareIt(), lvalue for temp is "); Serial.print((int) &temp); Serial.print(" rvalue for temp is "); Serial.println((int) temp); *temp = *temp * *temp; Serial.print("The new rvalue for temp is "); Serial.println(*temp); } ``` 这里使用了取地址运算符 `&` 传递 `number` 的左值，而不是其右值的副本。在 `SquareIt()` 函数内部，`temp` 的右值是 8694，与 `number` 的左值相同。通过间接运算符 `*` 对 `temp` 进行操作，实际上是对 `number` 进行操作。执行 `*temp = *temp * *temp;` 后，`number` 的右值被永久改变为 100。这就是引用传递的效果，函数可以直接访问和修改原始变量的值。 #### 编程实践：控制双 LED 电路 现在我们来解决一个编程问题：使用双 LED 电路，编写一个程序，通过 `Serial` 监视器从用户那里获取一个一位数字。用户输入的数字有以下含义： | 输入值 | LED 状态 | | ---- | ---- | | 0 | 两个 LED 都不亮 | | 1 | LED1 亮 | | 2 | LED2 亮 | | 3 | 两个 LED 都亮 | | 其他 | 保持当前 LED 状态 | 我们需要使用两个新函数：`GetInput()` 用于获取用户输入，返回值为 0 表示输入无效，1 表示输入有效；`LightLEDs()` 用于根据用户输入的值控制 LED 的开关。 **初始化步骤**： ```cpp #define LED1 11 #define LED2 10 void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(LED1, OUTPUT); pinMode(LED2, OUTPUT); } ``` 这里定义了两个符号常量 `LED1` 和 `LED2` 表示 LED 对应的引脚。不使用引脚 0 和 1 是因为它们用于 USB 连接的数据传输，避免使用引脚 2 和 3 是因为它们是许多 Arduino 板上仅有的外部中断引脚。 **循环函数**： ```cpp void loop() { int goodBadFlag; // 输入是否有效 int LEDValue; Serial.println(); goodBadFlag = GetInput(&LEDValue); Serial.print("flag = "); Serial.print(goodBadFlag); Serial.print ```