C语言中的参数传递机制详解

C中的参数传递

本文尝试讨论下C中实参与形参的关系，即参数传递的问题。

C语言的参数传递

值传递

首先看下列代码：

#include <stdio.h>

int main(){
  int n = 1;
  printf("实参n的值：%d,地址：%#x\n", n, &n);
  void change(int i);//函数声明
  change(n);
  printf("函数调用后实参n的值：%d,地址：%#x\n", n, &n);
  return 0;
}

void change(int i){
  printf("形参i的值：%d，地址：%#x\n",i,&i);
  i++;
  printf("自增操作后形参i的值：%d，地址：%#x\n",i,&i);
}

编译后执行结果如下：

实参n的值：1,地址：0x5fcb0c
形参i的值：1，地址：0x5fcae0
自增操作后形参i的值：2，地址：0x5fcae0
函数调用后实参n的值：1,地址：0x5fcb0c

可以看到，在调用函数 change 时，会在内存中单独开辟一个空间用于存放形式参数 i ，实参 n 的值会复制给形参 i 。对于形参的任何操作都不会影响到主调函数中的实参 n 。这种参数传递方式是便是典型的值传递。

上例中的参数类型是int型，实际上，对于整形（int、short、long、long long）、浮点型（float、double、long double）、字符型（char）等基本类型的参数都是值传递。

指针参数

在下面的例子中，函数的参数类型是一个指针：

#include <stdio.h>

void change(int * i){
  printf("形参i的值：%#x，地址：%#x\n",i,&i);
  (*i)++;//通过指针修改其所指空间的值
  i++;//让指针指向下一块内存空间
  printf("自增操作后形参i的值：%#x，地址：%#x\n",i,&i);
}

int main(){
  int n = 1;
  int * p = &n;
  printf("n的值：%d,地址：%#x\n", n, &n);
  printf("实参p的值：%#x,地址：%#x\n", p, &p);
  change(p);
  printf("函数调用后实参p的值：%#x,地址：%#x\n", p, &p);
  printf("函数调用后n的值：%d,地址：%#x\n", n, &n);
  return 0;
}

编译后执行结果如下：

n的值：1,地址：0x5fcb0c
实参p的值：0x5fcb0c,地址：0x5fcb00
形参i的值：0x5fcb0c，地址：0x5fcae0
自增操作后形参i的值：0x5fcb10，地址：0x5fcae0
函数调用后实参p的值：0x5fcb0c,地址：0x5fcb00
函数调用后n的值：2,地址：0x5fcb0c

指针是C语言中的一种特殊类型，它本身占用一定的内存空间，而存储的值却是某个内存地址。上例中，函数change的参数是指向int型变量的指针，实参p是指向变量n的一个指针，在调用函数change时，指针型的形参i也会得到一块内存空间，其值由实参p复制而来，都是主调函数中变量n的地址。对于指针类型，一般不会太关注其本身而更多的是考虑它所指向的值，所以，在change函数内是通过指针来操作指针所指的内容（主调函数中的变量n）。这样，便实现了在被调函数内操作主调函数中数据的效果。

虽然通过指针型参数传递可以达到让被调函数内的操作作用于主调函数内数据的效果，但从实参和形参的角度来看，这种参数传递并没有和一般的传递方法有什么本质的区别，也是值传递方式。

当参数传递方式是值传递时，形参和实参都存储在各自的内存空间中，相互独立互不影响，它们之间唯一的联系便是在形参初始化时会使用实参的值。

数组参数

在C语言中，数组名可以看作一个指向数组首元素的指针常量，那么当数组作为参数是又是如何传递呢？实际上，当函数形参是数组类型时，作为形参的数组名便不再代表数组，而是被编译器解析成一个指针。通过下面的例子可以看出，数组类型的形参只是在函数签名中看上去是一个数组，但在函数体内，它已经彻底沦为一个指针。

#include <stdio.h>

void arrArg(int arr[]){
  printf("形参arr的值：%#x，地址：%#x\n", arr, &arr);
  printf("sizeof(arr)：%d, sizeof(int *)：%d\n",sizeof(arr), sizeof(int *));
  printf("sizeof(arr[0])：%d，sizeof(int)：%d\n", sizeof(arr[0]), sizeof(int));
  printf("*arr：%d，arr[0]：%d\n", *arr, arr[0]);
  printf("*(arr+1)：%d，arr[1]：%d\n", *(arr+1), arr[1]);
  printf("arr+1:%#x，&arr[1]：%#x\n",arr+1, &arr[1]);
  arr++;
  printf("自增操作后形参arr的值：%#x，地址：%#x\n",arr, &arr);
  printf("自增操作后,*arr：%d, arr[0]：%d\n",*arr, arr[0]);
}

int main(){
  int a[] = {1,2,3};
  printf("实参a的值：%#x，地址：%#x\n",a,&a);
  printf("sizeof(a)：%d，sizeof(a[0])：%d\n",sizeof(a),sizeof(a[0]));
  arrArg(a);
  return 0;
}

编译后执行结果如下：

实参a的值：0x5fcb00，地址：0x5fcb00
sizeof(a)：12，sizeof(a[0])：4
形参arr的值：0x5fcb00，地址：0x5fcae0
sizeof(arr)：8, sizeof(int *)：8
sizeof(arr[0])：4，sizeof(int)：4
*arr：1，arr[0]：1
*(arr+1)：2，arr[1]：2
arr+1:0x5fcb04，&arr[1]：0x5fcb04
自增操作后形参arr的值：0x5fcb04，地址：0x5fcae0
自增操作后,*arr：2, arr[0]：2

可以看出，虽然形参arr被声明为int型数组，但在函数内部，arr已不再拥有数组的性质，而拥有了指向int型的指针的性质：

arr的大小是指针的大小（8），而非数组的大小（数组的大小是所有元素大小的总和，上例中：4×3=12）
arr可以被修改，而数组名不可以被修改
arr与a的内存地址不同但值相同（都是数组首元素地址），所以，在函数被调用时，真正被传递的值是数组首元素的地址，并以此地址初始化了一个指向实参数组首元素的指针作为形参。因为实际的形参是一个指针，所以这种情况也是属于值传递。同时，与指针参数效果一样，在函数内对“数组”的修改会直接作用于外部。

由此我们看到，数组作为参数与指针作为参数并没有什么区别，因为编译器会自动将形参中的数组名转换为一个指针。所以，以下面代码中的两个函数签名是等效的：

void func(int arr[]){

}
void func(int * p){

}

实际上，如果我们同时定义了它们，编译器会报“redefinition”错误而无法编译。

此外需要注意的是，虽然我们可以将形参声明成一个数组，但在编译器看来它只是一个指针而已，因此形参中有关数组长度的信息会被自动忽略，在实际调用时实参数组的长度与形参指定的数组长度没有任何关系，而且在函数内也无法通过 sizeof(arr)/sizeof(arr[0]) 得到数组的长度。

//形参arr的指定长度5无意义，会被编译器忽略，未防止误解建议不写
void arrArg(int arr[5]){
 // sizeof（arr）是指针类型的大小而非数组大小，因此len不是数组长度
 int len = sizeof(arr)/ sizeof(arr[0]);
}

自定义类型参数

数组这种“组合”类型在作为参数传递时被解析为指针方式传递，那么当结构体（struct）、共同体（union）以及枚举类型作为参数传递时是否也是如此呢？

枚举类型本质上是int，所以当形参被声明为枚举类型时，在编译器看来就是int型，以下面代码中的两个函数签名是等效的，编译器会报“redefinition”错误：

enum week{ Mon, Tues, Wed, Thurs, Fri, Sat, Sun };

void func(enum weekday){}

void func(int i){}

下面是结构体和共同体分别作为参数时的示例：

#include <stdio.h>

struct Date{
  int year;
  int month;
  int day;
};

void changeStruct(struct Datedate){
  printf("形参date的地址：%#x\n", &date);
  date.year ++;
  date.month = 12;
  date.day = 31;
  printf("形参date的值:%d-%d-%d\n",date.year,date.month,date.day);
}

union Data{
  int i;
  float f;
  double d;
};

void changeUnion(unionDatadata ){
  printf("形参data的地址：%#x\n", &data);
  printf("形参data的值,d.i:%d, d.f:%f, d.d:%f\n",data.i,data.f,data.d);
  data.d = 2017.4;
  printf("函数调用后，形参data的值,d.i:%d, d.f:%f, d.d:%f\n",data.i,data.f,data.d);
}

int main(){
  printf("结构体参数传递示例：\n");
  struct Datedate = {2017,4,2};
  printf("实参date的地址：%#x\n", &date);
  printf("实参date的值:%d-%d-%d\n",date.year,date.month,date.day);
  changeStruct(date);
  printf("函数调用后，实参date的值:%d-%d-%d\n",date.year,date.month,date.day);

  printf("共用体参数传递示例：\n");
  unionDatadata={.i=2017};
  printf("实参data的地址：%#x\n", &data);
  printf("实参data的值,d.i:%d, d.f:%f, d.d:%f\n",data.i,data.f,data.d);
  changeUnion(data);
  printf("函数调用后，实参data的值,d.i:%d, d.f:%f, d.d:%f\n",data.i,data.f,data.d);

  return 0;
}

编译后运行，输出如下：

结构体参数传递示例：
实参date的地址：0x5fcb00
实参date的值:2017-4-2
形参date的地址：0x5fcae0
形参date的值:2018-12-31
函数调用后，实参date的值:2017-4-2
共用体参数传递示例：
实参data的地址：0x5fcaf0
实参data的值,d.i:2017, d.f:0.000000, d.d:0.000000
形参data的地址：0x5fcab0
形参data的值,d.i:2017, d.f:0.000000, d.d:0.000000
函数调用后，形参data的值,d.i:-1717986918, d.f:-0.000000, d.d:2017.400000
函数调用后，实参data的值,d.i:2017, d.f:0.000000, d.d:0.000000

我们发现，C中的自定义类型作为参数传递时，和基本类型一样，也是按值传递。

小结

C语言中，参数类型为字符型、整型、浮点型以及枚举型、结构体（struct）和共同体（union）时，都是常规的值传递。而指针作为一种特殊的类型，其值为一个地址，所指向的基类型可以任意其他类型（包括void）甚至可以指向函数，所以，指针作为参数时虽然本质上属于值传递，但因为传递的是一个地址，可以让被调函数通过对指针所指内容的操作直接作用于外部数据，属于参数传递中特殊的值传递方式。虽然可以把形参声明为数组，但实际的形参却是指针，因此，数组作为参数的传递方式也是特殊的值传递。

我们通过依次考察C语言中各种数据类型发现： C语言中只有值传递！