指针的深入解析与应用

### 指针的深入解析与应用 #### 1. 指针基础 指针是编程中一个强大且重要的概念。在使用指针时，其标量（scalar）在指针变量定义时就已确定，指针的类型说明符决定了标量的值，而标量用于确定指针要操作的字节数。 需要注意的是，指针在初始化之前不会指向任何有用的内容。可以使用取地址运算符 `&` 来用被指向对象的左值（lvalue）初始化指针，示例代码如下： ```c int myVariable; int *ptr; ptr = &myVariable; ``` 取地址运算符 `&` 会获取变量 `myVariable` 的左值，并将该值赋给指针变量 `ptr` 的右值（rvalue）。初始化指针后，就可以使用间接寻址（indirection）来更改被指向变量的右值。例如： ```c *ptr = 10; ``` 上述代码使用间接寻址运算符 `*` 和指针 `ptr` 将值 10 赋给 `myVariable`。也可以使用间接寻址运算符读取被指向的值，示例如下： ```c Serial.print(*ptr); ``` 此语句会在串行显示设备上打印值 10。 #### 2. 指针的用途 在函数调用中，默认情况下函数参数是按值传递（pass-by-value）的，即传递的是参数的临时副本，而不是参数本身。这意味着函数无法改变原始变量的值，因为它只能访问变量的右值，而不知道其左值。但当需要函数改变参数的值时，尤其是需要改变多个值时，指针就派上用场了。 以温度传感器为例，假设传感器每小时读取一次温度并将值记录在数组 `temps[]` 中，在一天结束时，需要读取 24 个值并记录当天的最低和最高温度。以下是实现该功能的代码： ```c #include <stdio.h> #define READINGSPERDAY 24 #define VERYHIGHTEMPERATURE 200 #define VERYLOWTEMPERATURE -200 int todaysReadings[] = { 62, 64, 65, 68, 70, 70, 71, 72, 74, 75, 76, 78, 79, 79, 78, 73, 70, 70, 69, 68, 64, 63, 61, 59}; void setup() { int lowTemp; int hiTemp; int retVal; Serial.begin(115200); Serial.println("=== Before function call:"); Serial.print("The lvalue for lowTemp is: "); Serial.print((long) &lowTemp, DEC); Serial.print(" and the rvalue is "); Serial.println((long) lowTemp, DEC); Serial.print("The lvalue for hiTemp is: "); Serial.print((long) &hiTemp, DEC); Serial.print(" and the rvalue is "); Serial.println((long) hiTemp, DEC); retVal = CalculateMinMax(todaysReadings, &lowTemp, &hiTemp); Serial.println("=== After the function call:"); Serial.print("The lvalue for lowTemp is: "); Serial.print((long) &lowTemp, DEC); Serial.print(" and the rvalue is "); Serial.println((long) lowTemp, DEC); Serial.print("The lvalue for hiTemp is: "); Serial.print((long) &hiTemp, DEC); Serial.print(" and the rvalue is "); Serial.println((long) hiTemp, DEC); Serial.println("\n"); } void loop() {} int CalculateMinMax(int temps[], int *minTemp, int *maxTemp) { int j; *minTemp = VERYHIGHTEMPERATURE; *maxTemp = VERYLOWTEMPERATURE; for (j = 0; j < READINGSPERDAY; j++) { if (temps[j] >= *maxTemp) { *maxTemp = temps[j]; } if (temps[j] <= *minTemp) { *minTemp = temps[j]; } } return j; } ``` `CalculateMinMax()` 函数有三个参数：一个存储温度读数的 `int` 数组，以及两个存储传入数据的最低和最高温度的 `int` 指针。在 `setup()` 函数中调用该函数的代码如下： ```c retVal = CalculateMinMax(temps, &lowTemp, &hiTemp); ``` 第一个参数 `temps[]` 是包含 24 个温度读数的数组。需要注意的是，当单独使用数组名（没有方括号）时，实际上是引用数组的左值，因为数组是引用类型而非值类型。`CalculateMinMax()` 函数的声明可以写成以下两种形式： ```c int CalculateMinMax(int temps[], int *minTemp, int *maxTemp) int CalculateMinMax(int *temps, int *minTemp, int *maxTemp) ``` 对于编译器来说，这两种形式中 `temps` 的解释是相同的，都是左值。在 `setup()` 函数中调用 `CalculateMinMax()` 时，后面两个参数 `minTemp` 和 `maxTemp` 是 `int` 变量。为了让函数永久改变这些变量的值，需要将它们的左值传递给 `CalculateMinMax()` 函数，这将参数的传递方式从按值传递改为按引用传递（pass-by-reference）。通过在变量名前加上取地址运算符 `&`，可以实现这种转换。 以下是该过程的流程图： ```mermaid graph TD; A[开始] --> B[定义变量 lowTemp 和 hiTemp]; B --> C[调用 CalculateMinMax 函数并传递左值]; C --> D[在 CalculateMinMax 函数中处理数据]; D --> E[更新 lowTemp 和 hiTemp 的值]; E --> F[结束]; ``` #### 3. 修改后的闪烁程序 下面对 IDE 中自带的闪烁程序进行修改，使其使用指针。示例代码如下： ```c #define LED 13 void setup() { pinMode(LED, OUTPUT); } vo ```