C语言指针初阶-创新互联

1. 指针是什么？

在计算机中，所有的数据都是存放在存储器中的，不同的数据类型占有的内存空间的大小各不相同。内存是以字节为单位的连续编址空间，每一个字节单元对应着一个独一的编号，这个编号被称为内存单元的地址。比如：int 类型占 4 个字节，char 类型占 1 个字节等。系统在内存中，为变量分配存储空间的首个字节单元的地址，称之为该变量的地址。地址用来标识每一个存储单元，方便用户对存储单元中的数据进行正确的访问。在高级语言中地址形象地称为指针。

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指针理解的2个要点： 1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址 2. 平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量

总结：指针就是地址，口语中说的指针通常指的是指针变量。

编号 - 地址 - 指针

指针变量
我们可以通过&（取地址操作符）取出变量的内存其实地址，把地址可以存放到一个变量中，这个变量就是指针变量

#includeint main()
{
 int a = 10;//在内存中开辟一块空间
 int *p = &a;//这里我们对变量a，取出它的地址，可以使用&操作符。
    //a变量占用4个字节的空间，这里是将a的4个字节的第一个字节的地址存放在p变量
    //中，p就是一个之指针变量。
 return 0;
}

指针变量，用来存放地址的变量。（存放在指针中的值都被当成地址处理）。

那这里的问题是：

一个小的单元到底是多大？（1个字节）

如何编址？

经过仔细的计算和权衡我们发现一个字节给一个对应的地址是比较合适的。对于32位的机器，假设有32根地址线，那么假设每根地址线在寻址的时候产生高电平（高电压）和低电平（低电压）就是（1或者0）；那么32根地址线产生的地址就会是：

这里就有2的32次方个地址。每个地址标识一个字节，那我们就可以给（2^32Byte == 2^32/1024KB == 2^32/1024/1024MB==2^32/1024/1024/1024GB == 4GB） 4G的空闲进行编址。同样的方法，那64位机器，如果给64根地址线，那能编址多大空间，自己计算。

这里我们就明白：

在32位的机器上，地址是32个0或者1组成二进制序列，那地址就得用4个字节的空间来存储，所以一个指针变量的大小就应该是4个字节。

那如果在64位机器上，如果有64个地址线，那一个指针变量的大小是8个字节，才能存放一个地址。

总结：

指针是用来存放地址的，地址是唯一标示一块地址空间的。

指针的大小在32位平台是4个字节，在64位平台是8个字节。

2.指针和指针类型

这里我们在讨论一下：指针的类型我们都知道，变量有不同的类型，整形，浮点型等。那指针有没有类型呢？准确的说：有的。

int num = 10;
p = #

要将&num（num的地址）保存到p中，我们知道p就是一个指针变量，那它的类型是怎样的呢？我们给指针变量相应的类型。

char  *pc = NULL;
int   *pi = NULL;
short *ps = NULL;
long  *pl = NULL;
float *pf = NULL;
double *pd = NULL;

这里可以看到，指针的定义方式是： type + * 。

其实：

char* 类型的指针是为了存放 char 类型变量的地址。 short* 类型的指针是为了存放 short 类型变量的地址。 int* 类型的指针是为了存放 int 类型变量的地址。

那指针类型的意义是什么？

2.1 指针+-整数

int main()
{

    int arr[10] = { 0 };
    int *p = arr;
    char *pc = arr;
    printf("%p\n", p);
    printf("%p\n", p + 1);

    printf("%p\n", pc);
    printf("%p\n", pc + 1);
    return 0;
}

指针类型决定了指针走一步走多远(步长)

整形指针+1步长是4，字符指针+1步长是1，double类型+1步长是8

2.2 指针的解引用

#includeint main()
{
 int n = 0x11223344;
 char *pc = (char *)&n;
 int *pi = &n;
 *pc = 0;   //重点在调试的过程中观察内存的变化。
 *pi = 0;   //重点在调试的过程中观察内存的变化。
 return 0;
}

总结：指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（能操作几个字节）。

比如： char* 的指针解引用就只能访问一个字节，而 int* 的指针的解引用就能访问四个字节。

f10调试观察内存变化

int：

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    int* p = arr;
    int i = 0;
    for (i = 0; i< 10; i++)
    {
        *(p + i) = 1; //p + i 其实是下标为i的地址

    }
    return 0;
}

p + i 是下标为i的地址，整形指针加1跳过一个整形（4个字节）

char

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    char* p = arr;

    int i = 0;
    for (i = 0; i< 10; i++)
    {
        *(p + i) = 1; //p + i 其实是下标为i的地址

    }
    return 0;
}

char类型指针加1跳过一个字节

指针类型是有意义的，用什么类型访问取决于想要的功能。

p + 1跳过几个字节只取决于指针类型，跟指向谁没关系。

3. 野指针

概念：野指针就是指针指向的位置是不可知的（随机的、不正确的、没有明确限制的）

3.1 野指针成因 1. 指针未初始化

#includeint main()
{ 
 int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值
    *p = 20;
 return 0;
}

这里的p就是一个野指针，p是一个局部的指针变量，局部变量不初始化的话，默认是随机值

非法访问内存

2. 指针越界访问

#includeint main()
{
    int arr[10] = {0};
    int *p = arr;
    int i = 0;
    for(i=0; i<=11; i++)
   {
        //当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针
        *(p++) = i;
   }
    return 0;
}

3. 指针指向的空间释放

int* test()
{
    int a = 10;
    return &a;
}

int main()
{

    int* p = test();
    *p = 20;
    return 0;
}

a是局部变量，要把20放入*p时地址已经被返回给操作系统，指向的空间被释放也会导致野指针。

3.2如何规避野指针

1. 指针初始化 2. 小心指针越界 3. 指针指向空间释放及时置NULL 4. 避免返回局部变量的地址 5. 指针使用之前检查有效性

#includeint main()
{
    int *p = NULL;
    //....
    int a = 10;
    p = &a;
    if(p != NULL)
   {
        *p = 20;
   }
    return 0;
}

4. 指针运算

指针+- 整数

指针-指针

指针的关系运算

4.1 指针+-整数

#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;
//指针+-整数；指针的关系运算
for (vp = &values[0]; vp< &values[N_VALUES];)
{
     *vp++ = 0;
}

指针由低到高

int main()
{
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    int* p = arr;
    int* pend = arr + 9;
    while (p<= pend)
    {
        printf("%d\n", *p);
        p++;
    }
    return 0;
}

4.2 指针-指针

int main()
{
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };

    //char c[5];
    指针和指针相减的前提：
    两个指针指向同一块空间
    //printf("%d\n", &arr[9] - &c[0]);//err

    printf("%d\n", &arr[9] - &arr[0]); //- 9
    //指针减去指针得到的两个指针之间的元素个数
    return 0;
}

4.3 指针的关系运算

for(vp = &values[N_VALUES]; vp >&values[0];)
{
    *--vp = 0;
}

代码简化, 这将代码修改如下：

for(vp = &values[N_VALUES-1]; vp >= &values[0];vp--)
{
    *vp = 0;
}

实际在绝大部分的编译器上是可以顺利完成任务的，然而我们还是应该避免这样写，因为标准并不保证它可行。标准规定：允许指向数组元素的指针与指向数组最后一个元素后面的那个内存位置的指针比较，但是不允许与指向第一个元素之前的那个内存位置的指针进行比较。

5. 指针和数组

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    //数组名是数组首元素的地址
    printf("%p\n", arr);
    printf("%p\n", &arr[0]);
    return 0;
}

运行结果：

可以得出:数组名和数组首元素地址相同

数组名表示的是数组首元素的地址。

那么这样写代码是可行的：

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
int *p = arr;//p存放的是数组首元素的地址

既然可以把数组名当成地址存放到一个指针中，我们使用指针来访问一个就成为可能。

#includeint main()
{
    int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
    int* p = arr; //指针存放数组首元素的地址
    int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    int i = 0;
    for (i = 0; i< sz; i++)
    {
        printf("&arr[%d] = %p<====>p+%d = %p\n", i, &arr[i], i, p + i);
    }
    return 0;
}

运行结果:

所以 p+i 其实计算的是数组 arr 下标为i的地址。那就可以直接通过指针来访问数组。

如下:

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    int* p = arr;
    int i = 0;
    for (i = 0; i< 10; i++)
    {
        //printf("%p<==>%p\n", &arr[i], p + i);
        *(p + i) = i;
    }

    for (i = 0; i< 10; i++)
    {
        printf("%d ", *(p + i));
    }
    return 0;
}

运行结果:

指针指向的不同写法

int main()
{
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    int* p = arr; //数组名
    printf("%d\n", arr[2]);
    printf("%d\n", p[2]); //p[2] -->*(p + 2)

    // [] 是一个操作符   2和arr是两个操作数
    //a + b 
    //b + a
    printf("%d\n", 2[arr]);
    printf("%d\n", *(2 + arr));
    //arr[2] -->*(arr + 2) -->*(2 + arr) -->2[arr]


    //arr[2]<==>*(arr + 2)<==>*(p + 2)<==>*(2 + p)<==>*(2 + arr) == 2[arr]
    //2[arr]<==>*(2 + arr)
    return 0;
}

6. 二级指针

指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪里？这就是二级指针。

对于二级指针的运算有： *ppa 通过对ppa中的地址进行解引用，这样找到的是 pa ， *ppa 其实访问的就是 pa .

int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;

**ppa 先通过 *ppa 找到 pa ,然后对 pa 进行解引用操作： *pa ，那找到的是 a .

**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;

int main()
{
    int a = 10;
    int* pa = &a; //pa是指针变量,一级指针

    int* *ppa = &pa; //pa也是个变量,&pa取出pa在内存中起始地址
    //ppa就是一个二级指针变量

    int** *pppa = &ppa;

    return 0;
}

7. 指针数组

int main()
{
    int arr[10];//整形数组 - 存放整形的数组就是整形数组
    char ch[5];//字符数组 - 存放的是字符
    //指针数组 - 存放指针的数组
    int* parr[5];//整形指针的数组
    char* pch[5];

    return 0;
}

指针数组是数组。是存放指针的数组。

已知整形数组，字符数组。