C语言：指针（一）

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1. 内存和地址

1.1 内存

2 指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

2.2 指针变量和解引用操作符（*）

2.2.1 指针变量

2.2.2 指针类型

 ​编辑2.2.3 解引用操作符

2.3 指针变量的大小

3. 指针变量类型的意义

3.1 指针的解引用

3.2 指针+-整数

4. const修饰指针

4.1 const修饰变量

4.2 const修饰指针变量

5. 指针运算

5.1 指针+-整数

5.2 指针-指针

5.3 指针的关系运算

6. 野指针

6.1 野指针成因

6.2 如何规避野指针

6.2.1 指针初始化

6.2.2 防止指针越界

6.2.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

6.2.4 避免返回局部变量地址

7. 断言

8. 指针的使用和传址调用

8.1 传址调用

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1. 内存和地址

1.1 内存

首先讲一个生活中的例子：

每个学校都有宿舍，宿舍楼里面有很多寝室，每个寝室都有一个门牌号，假如你住在某个寝室里，那么其他人只需要知道了你所住寝室的门牌号，就能快速地找到你。

上述的例子也可以对应到计算机中来，

CPU（中央处理器）在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放回内存中，那么这些内存空间是如何进行高效管理的呢？

事实上，内存被划分为一个个的内存单元（对应这一个寝室），每个单元的大小取一个字节。

一个字节里面放八个比特位（相当于一个寝室里面住8个人），每个内存单元也都有一个编号（相当于门牌号），有了这个内存单元的编号，CPU就可以快速找到一个内存空间，进而进行相关操作。

在生活中，门牌号也是地址的一部分，在计算机中，内存单元的编号也叫地址。C语言给地址也起了一个新的名字：指针。

我们大致可以理解为：

内存单元的编号==地址==指针

2 指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间，

上述代码就是创建了整型变量a，内存中申请了四个字节，用于存放整数10，其中的每个字节都是有地址的。

那么要得到a的地址，就得使用一个操作符———取地址操作符（&）。

&a取出的是所占4个字节中地址较小的字节的地址。

虽然整型变量占四个字节，但是我们只要知道了第一个字节的地址，就能顺着找到另外三个字节的地址，从而访问得到数据。

2.2 指针变量和解引用操作符（*）

2.2.1 指针变量

我们通过取地址操作得到了地址，比如0X006122A3，那么为了将这个数值存储起来，我们可以创建一个指针变量。

#include<stdio.h>int main(){    int a=10;    int* pa=&a;//取出a的地址，存放到指针变量pa中    return 0;}

指针变量也是一种变量，这种变量就是用来存放地址的，存放在指针变量中的值都会理解为地址。

2.2.2 指针类型

int a=10;int* pa=&a;

上面代码中，pa的类型是int*，*是在说明pa是指针变量，而前面的int是在说明pa指向的是整型（int）类型的对象。

 2.2.3 解引用操作符

我们拿到了地址（指针），就可以通过地址（指针）找到地址（指针）指向的对象，这里需要用到一个操作符——解引用操作符（*）。

#include<stdio.h>int main(){int a = 10;int* pa = &a;*pa = 0;printf("%d", a);return 0;}

上述代码中*pa的意识就是通过pa存放的地址，找到指向的空间，*pa其实就是a变量，所有*pa=0这个操作其实就是把a的值改成了0。

2.3 指针变量的大小

对于计算机而言，32位的机器假设有32根地址总线，每根地址线出来的电信号转换成数字信号后是1或者0，那我们把32根地址线产生的2进制序列当作一个地址，那么一个地址就是32个比特位，需要四个字节才能存储。如果指针变量是用来存放地址的，那么指针变量的大小就得是4个字节的空间才可以。

同理，64位的机器，假设有64根地址总线，一个地址就是64个二进制组成的二进制序列，存储起来就需要8个字节的空间，指针变量的大小就是8个字节。

#include<stdio.h>//指针变量的大小取决于地址的大小//32位平台下地址是32个bit位（4个字节）//64位平台下地址是64个bit位（8个字节）int main(){printf("%zd\n", sizeof(int*));printf("%zd\n", sizeof(short*));printf("%zd\n", sizeof(char*));printf("%zd\n", sizeof(double*));return 0;}

注：指针变量的大小和类型无关，只要指针类型的变量，在相同平台下，大小都是相同的。

3. 指针变量类型的意义

3.1 指针的解引用

对比下面两端代码，调试时观察内存的变化。

//代码1#include<stdio.h>int main(){int a = 0x12345678;int* pa = &a;*pa = 0;return 0;}

//代码2#include<stdio.h>int main(){int a = 0x12345678;char* pa = (char*)&a;*pa = 0;return 0;}

通过调试我们可以发现，代码1会将a的4个字节全部改成0，但是代码2只是将a的第一个字节改为0。

结论：指针的类型决定了对指针解引用的时候有多大的权限（一次能操作几个字节）。

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。

3.2 指针+-整数

调试下面代码，观察地址的变化

#include<stdio.h>int main(){int n = 10;char* pc = (char*)&n;int* pi = &n;printf("%p\n", &n);printf("%p\n", pc);printf("%p\n", pc+1);printf("%p\n", pi);printf("%p\n", pi+1);return 0;}

结果如下：

可以看出，char*类型的指针变量+1跳过一个字节，int*类型的指针变量+1跳过了4个字节。

结论：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

4. const修饰指针

4.1 const修饰变量

变量的值是可以修改的，如果把变量的地址交给一个指针变量，通过指针变量也可以修改这个变量的值。但是如果希望加上一些限制，不能被修改，就需要用到const。

#include<stdio.h>int main(){int n = 10;n = 20;//n可以被修改const int m = 0;m = 20;//m不能被修改return 0;

但是如果我们通过n的地址来修改，就可以实现

#include<stdio.h>int main(){int n = 10;n = 20;//n可以被修改const int m = 0;int* p = &m;*p = 20;//m不能被修改printf("m=%d", m);return 0;}

4.2 const修饰指针变量

#include <stdio.h>//代码1void test1(){     int n = 10;    int m = 20;     int *p = &n;     *p = 20;//ok?     p = &m; //ok?}void test2(){ //代码2 int n = 10; int m = 20; const int* p = &n; *p = 20;//ok? p = &m; //ok?}void test3(){ int n = 10; int m = 20; int *const p = &n; *p = 20; //ok? p = &m; //ok?}void test4(){ int n = 10; int m = 20; int const * const p = &n; *p = 20; //ok? p = &m; //ok?}int main(){ //测试⽆const修饰的情况 test1(); //测试const放在*的左边情况 test2(); //测试const放在*的右边情况 test3(); //测试*的左右两边都有const test4(); return 0;}

结论：const修饰指针变量的时候 

• const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变。 但是指针变量本身的内容可变。

• const如果放在*的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变

5. 指针运算

指针的基本运算有三种：

·指针+-整数

·指针-指针

·指针的关系运算

5.1 指针+-整数

因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，顺藤摸瓜就能找到后面的元素。

#include <stdio.h>//指针+- 整数int main(){ int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; int *p = &arr[0]; int i = 0; int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); for(i=0; i<sz; i++) { printf("%d ", *(p+i));//p+i 这⾥就是指针+整数 } return 0;}

5.2 指针-指针

//指针-指针#include <stdio.h>int my_strlen(char *s){     char *p = s;     while(*p != '\0' )     p++;     return p-s;}int main(){     printf("%d\n", my_strlen("abc"));     return 0;}

5.3 指针的关系运算

//指针的关系运算#include <stdio.h>int main(){ int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; int *p = &arr[0]; int i = 0; int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); while(p<arr+sz) //指针的⼤⼩⽐较 { printf("%d ", *p); p++; } return 0;}

6. 野指针

概念：野指针就是指向的位置是未知的（随机的、不正确的、没有明确限制的）

6.1 野指针成因

1.指针未初始化

#include<stdio.h>int main(){    int*p;    *p=20;    return 0;}

2.指针访问越界

#include <stdio.h>int main(){ int arr[10] = {0}; int *p = &arr[0]; 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

函数中创建的局部变量，在调用完函数之后会销毁

#include <stdio.h>int* test(){ int n = 100; return &n;}int main(){ int*p = test(); printf("%d\n", *p); return 0;}

6.2 如何规避野指针

6.2.1 指针初始化

如果明确知道指针指向哪里，就给指针直接赋值，如果不知道指针指向哪里，就给指针赋值NULL。

NULL是C语言中定义的一个标识符常量，值是0，0也是地址，这个地址是无法使用的，读写该地址会报错。

#ifndef NULL
    #ifdef __cplusplus
        #define NULL 0
    #else
        #define NULL ((void *)0)
    #endif
#endif

初始化如下：

#include <stdio.h>int main(){ int num = 10; int*p1 = &num; int*p2 = NULL;  return 0;}

6.2.2 防止指针越界

⼀个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是 越界访问。

6.2.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

当指针变量指向一块区域的时候，我们可以通过指针访问该区域，后期不再使用这个指针访问空间的时候，我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的⼀个规则就是：只要是NULL指针就不去访问，同时使用指针之前可以判断指针是否为NULL。

int main(){ int arr[10] = {1,2,3,4,5,67,7,8,9,10}; int *p = &arr[0]; for(i=0; i<10; i++) { *(p++) = i; } //此时p已经越界了，可以把p置为NULL p = NULL; //下次使⽤的时候，判断p不为NULL的时候再使⽤ //... p = &arr[0];//重新让p获得地址 if(p != NULL) //判断 { //... } return 0;}

6.2.4 避免返回局部变量地址

参照野指针成因的第三个例子

7. 断言

assert.h 头文件定义了宏 assert() ，用于在运行时确保程序符合指定条件，如果不符合，就报错终止运行。这个宏常常被称为“断言”。

assert(p!=NULL)

当代码运行到这一行语句时，验证变量p是由等于NULL。

如果p不等于NULL，程序继续运行，否则终止运行，并且给出报错信息。

assert() 宏接受⼀个表达式作为参数。如果该表达式为真（返回值非零）， assert() 不会产生任何作用，程序继续运行。如果该表达式为假（返回值为零）， assert() 就会报错，在标准错误流 stderr 中写入一条错误信息，显示没有通过的表达式，以及包含这个表达式的文件名和行号。

assert() 的使用对程序员是非常友好的，使用assert() 有几个好处：

它不仅能自动标识文件和出问题的行号，还有⼀种无需更改代码就能开启或关闭 assert() 的机制。如果已经确认程序没有问 题，不需要再做断言，就在 #include 语句的前面，定义一个宏 NDEBUG 。

#define NDEBUG#include <assert.h>

然后，重新编译程序，编译器就会禁用文件中所有的 assert() 语句。如果程序又出现问题，可以移 除这条 #define NDBUG 指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启用了 assert() 语句。

assert() 的缺点是，因为引入了额外的检查，增加了程序的运行时间。 一般我们可以在debug中使用，在release版本中选择禁用assert就⾏，在VS这样的集成开发环境中， 在release版本中，直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在release版本不 影响用户使用时程序的效率。

8. 指针的使用和传址调用

8.1 传址调用

思考：如何写一个函数，交换两个整型变量的值？

我们可能写出下面这种代码，运行后观察结果

#include <stdio.h>void Swap1(int x, int y){ int tmp = x; x = y; y = tmp;}int main(){ int a = 0; int b = 0; scanf("%d %d", &a, &b); printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b); Swap1(a, b); printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b); return 0;}

发现a和b的值并没有发生交换，

那么正确的代码应该是怎样的呢？

#include <stdio.h>void Swap2(int*px, int*py){ int tmp = 0; tmp = *px; *px = *py; *py = tmp;}int main(){ int a = 0; int b = 0; scanf("%d %d", &a, &b); printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b); Swap2(&a, &b); printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b); return 0;}

a和b的值发生了交换。

事实上，实参传递给形参的时候，形参会单独创建⼀份临时空间来接收实参，对形参的修改不影响实 参。所以Swap是失败的了。

通过使用指针，在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap 函数里边通过地址间接的操作main函数中的a和b就好了。

这里调用Swap2函数的时候是将变量的地址传递给了函数，这种函数调用方式叫：传址调用。

 

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