C語言指針初階-創(chuàng)新互聯(lián)

1. 指針是什么？

在計(jì)算機(jī)中，所有的數(shù)據(jù)都是存放在存儲器中的，不同的數(shù)據(jù)類型占有的內(nèi)存空間的大小各不相同。內(nèi)存是以字節(jié)為單位的連續(xù)編址空間，每一個(gè)字節(jié)單元對應(yīng)著一個(gè)獨(dú)一的編號，這個(gè)編號被稱為內(nèi)存單元的地址。比如：int 類型占 4 個(gè)字節(jié)，char 類型占 1 個(gè)字節(jié)等。系統(tǒng)在內(nèi)存中，為變量分配存儲空間的首個(gè)字節(jié)單元的地址，稱之為該變量的地址。地址用來標(biāo)識每一個(gè)存儲單元，方便用戶對存儲單元中的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的訪問。在高級語言中地址形象地稱為指針。

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指針理解的2個(gè)要點(diǎn)： 1. 指針是內(nèi)存中一個(gè)最小單元的編號，也就是地址 2. 平時(shí)口語中說的指針，通常指的是指針變量，是用來存放內(nèi)存地址的變量

總結(jié)：指針就是地址，口語中說的指針通常指的是指針變量。

編號 - 地址 - 指針

指針變量
我們可以通過&（取地址操作符）取出變量的內(nèi)存其實(shí)地址，把地址可以存放到一個(gè)變量中，這個(gè) 變量就是指針變量

#includeint main()
{
 int a = 10;//在內(nèi)存中開辟一塊空間
 int *p = &a;//這里我們對變量a，取出它的地址，可以使用&操作符。
    //a變量占用4個(gè)字節(jié)的空間，這里是將a的4個(gè)字節(jié)的第一個(gè)字節(jié)的地址存放在p變量
? ? //中，p就是一個(gè)之指針變量。
 return 0;
}

指針變量，用來存放地址的變量。（存放在指針中的值都被當(dāng)成地址處理）。

那這里的問題是：

一個(gè)小的單元到底是多大？（1個(gè)字節(jié)）

如何編址？

經(jīng)過仔細(xì)的計(jì)算和權(quán)衡我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)字節(jié)給一個(gè)對應(yīng)的地址是比較合適的。對于32位的機(jī)器，假設(shè)有32根地址線，那么假設(shè)每根地址線在尋址的時(shí)候產(chǎn)生高電平（高電壓）和低電平（低電壓）就是（1或者0）；那么32根地址線產(chǎn)生的地址就會是：

這里就有2的32次方個(gè)地址。每個(gè)地址標(biāo)識一個(gè)字節(jié)，那我們就可以給（2^32Byte == 2^32/1024KB == 2^32/1024/1024MB==2^32/1024/1024/1024GB == 4GB） 4G的空閑進(jìn)行編址。同樣的方法，那64位機(jī)器，如果給64根地址線，那能編址多大空間，自己計(jì)算。

這里我們就明白：

在32位的機(jī)器上，地址是32個(gè)0或者1組成二進(jìn)制序列，那地址就得用4個(gè)字節(jié)的空間來存儲，所以一個(gè)指針變量的大小就應(yīng)該是4個(gè)字節(jié)。

那如果在64位機(jī)器上，如果有64個(gè)地址線，那一個(gè)指針變量的大小是8個(gè)字節(jié)，才能存放一個(gè)地址。

總結(jié)：

指針是用來存放地址的，地址是唯一標(biāo)示一塊地址空間的。

指針的大小在32位平臺是4個(gè)字節(jié)，在64位平臺是8個(gè)字節(jié)。

2.指針和指針類型

這里我們在討論一下：指針的類型我們都知道，變量有不同的類型，整形，浮點(diǎn)型等。那指針有沒有類型呢？準(zhǔn)確的說：有的。

int num = 10;
p = #

要將&num（num的地址）保存到p中，我們知道p就是一個(gè)指針變量，那它的類型是怎樣的呢？我們給指針變量相應(yīng)的類型。

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

這里可以看到，指針的定義方式是： type + * 。

其實(shí)：

char* 類型的指針是為了存放 char 類型變量的地址。 short* 類型的指針是為了存放 short 類型變量的地址。 int* 類型的指針是為了存放 int 類型變量的地址。

那指針類型的意義是什么？

2.1 指針+-整數(shù)

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;
}

指針類型決定了指針走一步走多遠(yuǎn)(步長)

整形指針+1步長是4，字符指針+1步長是1，double類型+1步長是8

2.2 指針的解引用

#includeint main()
{
 int n = 0x11223344;
 char *pc = (char *)&n;
 int *pi = &n;
 *pc = 0;   //重點(diǎn)在調(diào)試的過程中觀察內(nèi)存的變化。
 *pi = 0;   //重點(diǎn)在調(diào)試的過程中觀察內(nèi)存的變化。
 return 0;
}

總結(jié)：指針的類型決定了，對指針解引用的時(shí)候有多大的權(quán)限（能操作幾個(gè)字節(jié)）。

比如： char* 的指針解引用就只能訪問一個(gè)字節(jié)，而 int* 的指針的解引用就能訪問四個(gè)字節(jié)。

f10調(diào)試觀察內(nèi)存變化

int：

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    int* p = arr;
    int i = 0;
    for (i = 0; i< 10; i++)
    {
        *(p + i) = 1; //p + i 其實(shí)是下標(biāo)為i的地址

    }
    return 0;
}

p + i 是下標(biāo)為i的地址，整形指針加1跳過一個(gè)整形（4個(gè)字節(jié)）

char

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

    int i = 0;
    for (i = 0; i< 10; i++)
    {
        *(p + i) = 1; //p + i 其實(shí)是下標(biāo)為i的地址

    }
    return 0;
}

char類型指針加1跳過一個(gè)字節(jié)

指針類型是有意義的，用什么類型訪問取決于想要的功能。

p + 1跳過幾個(gè)字節(jié)只取決于指針類型，跟指向誰沒關(guān)系。

3. 野指針

概念：野指針就是指針指向的位置是不可知的（隨機(jī)的、不正確的、沒有明確限制的）

3.1 野指針成因 1. 指針未初始化

#includeint main()
{ 
 int *p;//局部變量指針未初始化，默認(rèn)為隨機(jī)值
    *p = 20;
 return 0;
}

這里的p就是一個(gè)野指針，p是一個(gè)局部的指針變量，局部變量不初始化的話，默認(rèn)是隨機(jī)值

非法訪問內(nèi)存

2. 指針越界訪問

#includeint main()
{
    int arr[10] = {0};
    int *p = arr;
    int i = 0;
    for(i=0; i<=11; i++)
   {
        //當(dāng)指針指向的范圍超出數(shù)組arr的范圍時(shí)，p就是野指針
        *(p++) = i;
   }
    return 0;
}

3. 指針指向的空間釋放

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

int main()
{

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

a是局部變量，要把20放入*p時(shí) 地址已經(jīng)被返回給操作系統(tǒng)，指向的空間被釋放也會導(dǎo)致野指針。

3.2如何規(guī)避野指針

1. 指針初始化 2. 小心指針越界 3. 指針指向空間釋放及時(shí)置NULL 4. 避免返回局部變量的地址 5. 指針使用之前檢查有效性

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

4. 指針運(yùn)算

指針+- 整數(shù)

指針-指針

指針的關(guān)系運(yùn)算

4.1 指針+-整數(shù)

#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;
//指針+-整數(shù)；指針的關(guān)系運(yùn)算
for (vp = &values[0]; vp< &values[N_VALUES];)
{
     *vp++ = 0;
}

指針由低到高

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 指針-指針

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

    //char c[5];
    指針和指針相減的前提：
    兩個(gè)指針指向同一塊空間
    //printf("%d\n", &arr[9] - &c[0]);//err

    printf("%d\n", &arr[9] - &arr[0]); //- 9
    //指針減去指針得到的兩個(gè)指針之間的元素個(gè)數(shù)
    return 0;
}

4.3 指針的關(guān)系運(yùn)算

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

代碼簡化, 這將代碼修改如下：

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

實(shí)際在絕大部分的編譯器上是可以順利完成任務(wù)的，然而我們還是應(yīng)該避免這樣寫，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)并不保證它可行。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：允許指向數(shù)組元素的指針與指向數(shù)組最后一個(gè)元素后面的那個(gè)內(nèi)存位置的指針比較，但是不允許與指向第一個(gè)元素之前的那個(gè)內(nèi)存位置的指針進(jìn)行比較。

5. 指針和數(shù)組

int main()
{
    int arr[10] = { 0 };
    //數(shù)組名是數(shù)組首元素的地址
    printf("%p\n", arr);
    printf("%p\n", &arr[0]);
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

可以得出:數(shù)組名和數(shù)組首元素地址相同

數(shù)組名表示的是數(shù)組首元素的地址。

那么這樣寫代碼是可行的：

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
int *p = arr;//p存放的是數(shù)組首元素的地址

既然可以把數(shù)組名當(dāng)成地址存放到一個(gè)指針中，我們使用指針來訪問一個(gè)就成為可能。

#includeint main()
{
    int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
    int* p = arr; //指針存放數(shù)組首元素的地址
    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;
}

運(yùn)行結(jié)果:

所以 p+i 其實(shí)計(jì)算的是數(shù)組 arr 下標(biāo)為i的地址。那就可以直接通過指針來訪問數(shù)組。

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;
}

運(yùn)行結(jié)果:

指針指向的不同寫法

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

    // [] 是一個(gè)操作符   2和arr是兩個(gè)操作數(shù)
    //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. 二級指針

指針變量也是變量，是變量就有地址，那指針變量的地址存放在哪里？這就是二級指針。

對于二級指針的運(yùn)算有： *ppa 通過對ppa中的地址進(jìn)行解引用，這樣找到的是 pa ， *ppa 其實(shí)訪問的就是 pa .

int b = 20;
*ppa = &b;//等價(jià)于 pa = &b;

**ppa 先通過 *ppa 找到 pa ,然后對 pa 進(jìn)行解引用操作： *pa ，那找到的是 a .

**ppa = 30;
//等價(jià)于*pa = 30;
//等價(jià)于a = 30;

int main()
{
    int a = 10;
    int* pa = &a; //pa是指針變量,一級指針

    int* *ppa = &pa; //pa也是個(gè)變量,&pa取出pa在內(nèi)存中起始地址
    //ppa就是一個(gè)二級指針變量

    int** *pppa = &ppa;

    return 0;
}

7. 指針數(shù)組

int main()
{
    int arr[10];//整形數(shù)組 - 存放整形的數(shù)組就是整形數(shù)組
    char ch[5];//字符數(shù)組 - 存放的是字符
    //指針數(shù)組 - 存放指針的數(shù)組
    int* parr[5];//整形指針的數(shù)組
    char* pch[5];

    return 0;
}

指針數(shù)組是數(shù)組。是存放指針的數(shù)組。

已知整形數(shù)組，字符數(shù)組。

指針數(shù)組:

int* arr3[5];//是什么？

arr3是一個(gè)數(shù)組，有五個(gè)元素，每個(gè)元素是一個(gè)整形指針。

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