C语言超详细指针知识（一）

通过前面一段学习C语言的学习，我们了解了数组，函数，操作符等相关知识，今天我们将要进行指针学习，这是C语言中较难的一个部分，我将带你由浅入深慢慢学习。

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1.内存与地址

在正式学习指针前，我们首先要了解两个概念，内存与地址。我们要如何理解它们呢？举个例子，一栋宿舍楼有不同房间，每间房门前都有属于他的门牌号，让我们可以正确的寻找到自己的宿舍。一栋宿舍楼对应一大块内存，每间宿舍对应一小块内存，地址就是门牌号，方便我们快速找到。其实我们可以把内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小是一个字节。字节是是计算机中最基本的存储单位。以下是一些常见的计算机内存单位：

bit    --比特位

Byte  --字节            1Byte = 8bit

KB                          1KB = 1024 Byte

MB                          1MB = 1024 KB

GB                           1GB = 1024 MB

TB                           1TB = 1024 GB

其中，每个内存单元，相当于一个学生宿舍，一个字节空间能放8个比特位，好比一个八人寝。每个内存单元也都有一个编号(相当于门牌号)，有了这个编号（就是地址），CPU就能快速找到一个内存空间。C语言中给地址起了新的名字：指针。所以：内存单元的编号==地址==指针

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2.指针变量和地址

2.1取地址操作符(&)

理解了内存和地址的关系，我们再回到C语言，在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间，比如：

上述代码创建了整型变量a，向内存申请了四个字节的空间，用于存放整数10，每个字节都有自己的地址，整数10会优先存放在四个字节中地址较小的字节。

那么我们要如何得到a的地址呢？这就需要用到一个取地址操作符&，还是上面这个代码，我们用&a来得到了a的地址，存放到p中，打印出来：

 虽然整型变量占⽤4个字节，我们只要知道了第⼀个字节地址，顺藤摸瓜访问到4个字节的数据也是可行的。

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2.2指针变量和解引用操作符

上面代码我们打印了&a的地址004FF818，这个数值是可以存储起来的，如整数存放在整型变量中，指针当然也然要存放在指针变量中，为了存放&a的地址我们用了p来充当指针变量，它的类型是int*，int*中的*实在说明p是指针变量，与整形变量做区分，而为什么是int呢？因为p地址对应的内存空间存放的是整型变量。

那如果是char类型的变量，要存放它的地址，指针变量该是什么呢？当然是char*，*做区分，char表明存放的是字符类型，如:

char ch = 'a';
char* pc = &ch;

我们用知道变量利用取地址操作符得到了地址，那么知道地址有没有对应的操作符得到变量呢？答案是肯定的，这时候就要拿出解引用操作符*了，没错，他跟上文的*一模一样，但意义截然不同，我们看代码：

 我们先创建了一个整型变量num，然后把该变量地址命名为pz，将pz解引用，赋值32，num里的值也产生了相应变化，说明我们通过*pz找到了对应23的内存空间，改变了它。

有同学肯定在想，这⾥如果⽬的就是把a改成0的话，写成 a = 0; 不就完了，为啥⾮要使⽤指针呢？其实这⾥是把a的修改交给了pa来操作，这样对a的修改，就多了⼀种的途径，写代码就会更加灵活，后期慢慢就能理解了。

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2.3指针变量的大小

指针变量的大小取决于地址的大小

int main()
{//在x86环境下，指针变量的大小是四个字节printf("%zd\n", sizeof(char*));//4printf("%zd\n", sizeof(short*));//4printf("%zd\n", sizeof(int*));//4printf("%zd\n", sizeof(long*));//4//在x64环境下，指针变量的大小是四个字节printf("%zd\n", sizeof(char*));//8printf("%zd\n", sizeof(short*));//8printf("%zd\n", sizeof(int*));//8printf("%zd\n", sizeof(long*));//8return 0;
}

• 32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节

• 64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节

•从代码里，我们可以明白指针变量的大小和类型是无关的，只要在相同的环境下，大小都是相同的。

指针变量的大小既然和类型无关，为什么会有各种各样的指针类型呢？我们继续接下来的学习。

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我们来看一个代码：

void test1()
{int n = 0x11223344;int* pi = &n;*pi = 0;printf("%0x\n", n);//0
}void test2()
{int n = 0x11223344;char* pc = (char*)&n;*pc = 0;printf("%0x\n", n);//11223300
}int main()
{test1();test2();return 0;
}

 观察结果，我们会发现test1会将n的四个字节全部改为0，但是代码而知识将n的第一个字节改为0。

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。

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接下来我们再来看一个代码：

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

这就是指针变量的类型差异带来的变化。

指针的类型决定了指针向前或者向后⾛⼀步有多⼤（距离）。

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 2.4 void*指针

在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void* 类型的，可以理解为无具体类型的指针（或者叫泛型指

针），这种类型的指针可以用来接受任意类型地址。但是也有局限性， void* 类型的指针不能直接进⾏指针的+-整数和解引用的运算。 

看如下代码：

 我们看到，void*类型的指针并不能进行想应的计算，那么void*指针到底有什么用呢？它一般使用在函数参数的部分，用来接收不同类型数据的地址，可以达到范式编程的效果。

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3.const修饰

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给⼀个指针变量，通过指针变量的也可以修改这个变量。

但是如果我们希望⼀个变量加上⼀些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是const的作用。看如下代码：

上述代码中n是不能被修改的，其实n本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对n进行修改，就不符合语法规则，就报错。

但是不要忘记我们是学习过指针知识，可以通过地址解引用来改变数值，这种方法可不可以绕过const修饰呢？看下面结果：

可以看到，错误变成了警告，代码得以正常运行 ，打破了const的限制。有没有办法让n通过指针解引用也无法被改变吗，当然有，我们让const修饰指针就行了，看下面代码：

代码马上又报错了，指针指向的内存空间将无法被修改，但是我们马上又有了另一个发现 ：

 将const放置在指针变量类型之后，代码又可以正常运行了，这是为什么呢？

int main()
{int m = 10;m = 12;const n = 12;const int* p1 = &n;*p1 = 10;//errorp1 = &m;//rightreturn 0;
}int main()
{int m = 10;m = 12;const n = 12;int* const p1 = &n;p1 = &m;//error*p1 = 13;//rightreturn 0;
}

 在上述代码中，我们发现：

• 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。

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 4.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

4.1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所有元素。

                                                             数组元素和下标 

int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int* p1 = arr;int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);for (int i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", *(p1 + i));}return 0;
}

 4.2指针减指针

int my_strlen(char* ch)
{char* p = ch;while (*p != '\0'){p++;}return p - ch;
}int main()
{printf("%d\n", my_strlen("abcdef"));return 0;
}

4.3指针的运算关系

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

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5.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）

5.1野指针成因 

5.1.1指针未初始化

5.1.2指针越界访问 

 5.1.3指针指向的空间释放

int* test()
{int num = 100;return #
}int main()
{int* p = test();printf("%d\n", *p);return 0;
}

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5.2如何规避野指针

5.2.1指针初始化

如果明确知道指针指向哪⾥就直接赋值地址，如果不知道指针应该指向哪⾥，可以给指针赋值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。

int main()
{int num1 = 12;int* p1 = &num1;int* p2 = NULL;return 0;
}

5.2.2小心指针越界访问

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。

5.2.3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。

5.2.4避免返回局部变量的地址

如造成野指针的第3个例⼦，不要返回局部变量的地址。

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6.assert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”。

基本语法：

#include <assert.h>
assert(expression);

这里的 expression 是一个布尔表达式，assert 会对其进行求值。如果 expression 的值为真（非零），程序会继续正常执行；如果 expression 的值为假（零），assert 会触发一个断言失败，程序会调用 abort() 函数终止执行，并输出错误信息。 

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

#define NDEBUG
#include<assert.h>

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 <assert.h> 语句的前⾯，定义⼀个宏 NDEBUG 。

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。