深入理解指针 （1）

1.内存和地址

1.1内存

1.1.1内存的使用和管理 

（1）内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小是1个字节，一个内存单元可以存放8个bit。

（2）每个内存单元有一个编号，内存单元的编号在计算机中也叫地址，C语言中称为指针

内存单元的编号 == 地址 == 指针

1.2编址 

CPU访问内存中的某个字节空间，必须要知道内存单元的位置（给内存单元编号），地址信息被下达给内存，在内存上就可以找到该地址的对应数据，将数据通过数据总线传入CPU内寄存器

地址总线：传递信息，通过该信息定位内存单元

2.指针变量和地址

2.1变量创建的本质

int a = 20;
//变量创建的本质是在内存中申请空间
//向内存申请4个字节的空间，用来存放20这个数值
//这4个字节每个字节都有编号（地址）
//变量的名字是给程序员看的，编译器是通过地址找内存单元

2.2取地址操作符（&）

	int a = 20;//&a, &--取地址操作符，拿到变量a的地址printf("%p\n", &a);int* pa = &a;//pa是一个变量，用来存放地址（指针），pa叫指针变量

 理解int* pa = &a;

pa的类型是int*

pa是指针变量的名字

* 表示pa是指针变量

int表示pa指向的变量a的类型是int

 

2.3解引用操作符（*）

	int a = 20;int* pa = &a;*pa = 300;//*--解引用操作符（间接访问操作符）printf("%d\n", a);

2.4指针变量大小

指针变量用来存放地址。

        一个32位机器，有32根地址总线，每根地址总线传递一个信号，32根地址总线产生32bit的地址，需要4字节存放。

        一个64位机器，有64根地址总线，每根地址总线传递一个信号，64根地址总线产生64bit的地址，需要8字节存放。

指针变量的大小只与机器的位长有关，与本身类型无关。

理解：一个char类型的地址是地址，同时一个int类型的地址同样也是地址，char*, int* 取地址时取的都是地址，所以与类型无关（通俗理解：苹果是水果，香蕉也是水果，当不论是拿苹果还是香蕉时都是拿的水果）

3.指针变量类型的意义

3.1指针的解引用

指针的类型决定了对指针解引用权限有多大。

如：char* 解引用能访问1个字节，int* 解引用能访问4个字节

3.2指针+-整数

指针类型决定了指针向前或向后一步走多远（距离）

如：一个char* 跳过1个字节，一个int* 跳过4个字节

理解：int* pa;        pa + 1——>  + 1 * sizeof(int)

                              pa + n——>  + n * sizeof(int) 

	int a = 10;int* pa = &a;char* pb = &a;printf("a = %p\n", &a);printf("pa = %p\n", pa);printf("pb = %p\n", pb);printf("a + 1 = %p\n", &a + 1);printf("pa + 1 = %p\n", pa + 1);printf("pb + 1 = %p\n", pb + 1);

3.3void* 指针

 无具体类型的指针（泛型指针），可以用来接收任何类型的地址，但是不能直接进行解引用操作和指针的加减整数操作。即：可接收不同类型地址但不能进行指针运算

void* 一般在函数参数的部分使用，用来接收不同数据类型的地址。使得一个函数能够处理多种类型数据。

4.const修饰指针

4.1const修饰变量

const修饰变量的时候叫：常变量。这个被修改的变量本质上还是变量，只是不能被修改

当使用指针变量可以对其const修饰的变量进行修改（门被关起来了，从窗户跳进去）

const int n = 20;int* p = &n;*p = 200;

4.2const修饰指针变量

4.2.1.const位于*左边

const放在*左边，限制的是指针指向的内容，即，不能通过指针变量来修改它所指向的内容

但是指针变量本身可以被修改

4.2.2.const位于*右边

const放在*右边，限制的是指针变量本身，即，指针不能改变它的指向

但是可以通过指针变量修改它所指向的内容

4.2.3.const位于*左右两侧

此时指针指向的内容和指针变量本身都不能被修改

注：关于指针p有3个相关的值

1.p，p里面存放着一个地址

2.*p，p指向的那个对象

3.&p，表示的是p变量的地址

5.指针运算

5.1指针+-整数

1.指针类型决定了指针+1的步长

2.数组在内存中是连续存放

//顺序打印数组	
int a[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int sz = sizeof(a) / sizeof(a[0]);int* p = &a[0];for (int i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", *p);p++;//printf("%d ", *(p + i));}

//逆序打印数组int a[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int sz = sizeof(a) / sizeof(a[0]);int* p = &a[sz - 1];for (int i = 0; i < sz; i++){//printf("%d ", *p);//p--;printf("%d ", *(p - i));}

5.2指针-指针

指针-指针的绝对值是指针之间元素的个数

指针-指针，计算的前提条件是两个指针指向的是同一个空间

	int a[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("%d\n", &a[9] - &a[0]);printf("%d\n", &a[0] - &a[9]);

实例：写一个函数，求字符串长度

1.通过strlen函数求字符串长度

#include <string.h>char ch[] = "abcdef";size_t len = strlen(ch);printf("%zd\n", len);

2.写一个函数，模拟strlen函数实现求字符串长度

方法1：（指针+-整数操作）

size_t my_strlen(char* p)
{int count = 0;while (*p != '\0')    //while(*p){count++;p++;}return count;
}int main()
{char ch[] = "abcdef";size_t len = my_strlen(ch);	//数组名其实是数组首元素的地址 ch==&ch[0]printf("%zd\n", len);return 0;
}

方法2：（指针-指针操作）

size_t my_strlen(char* p)
{char* start = p;char* end = p;while (*end != '\0')    //while(*end){end++;}return end - start;
}int main()
{char ch[] = "abcdef";size_t len = my_strlen(ch);	//数组名其实是数组首元素的地址 ch==&ch[0]printf("%zd\n", len);return 0;
}

5.3指针的关系运算 

当一个指针指向一个数组时，指针向后移动，指针指向的地址由小变大

	int a[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int sz = sizeof(a) / sizeof(a[0]);int* p = a;//while(p < a + sz)while (p < &a[sz]) //指针的大小比较{printf("%d ", *p);p++;}

6.野指针

指针指向的位置不可知（随机、不正确、无明确限制）

6.1野指针的成因

（1）指针未初始化

一个局部变量的值不初始化，值是随机的

如果将p中存放的值当作地址，解引用操作符会形成非法访问

int* p;    //指针未初始化
*p = 10;

（2）指针越界

注：数组下标是从0开始的，不要越界

（3）将指针指向的空间释放

局部变量进函数创建，出函数销毁，当它出函数时，内存空间归还给操作系统

int* test()
{int n = 10;return &n;
}int main()
{int* p = test();printf("%d\n", *p);return 0;
}

6.2如何规避野指针

（1）指针初始化

 如果明确知道指向哪里就直接赋值地址，不知道指向哪里赋值NULL，NULL是C语言中的标识符常量，值为0，0也是地址，这个地址无法使用，读写该地址会报错。

int a = 10;
int* p = &a;    //直接复制地址
int* s = NULL;    //赋值NULL
*s = 100;    //error

（2）指针越界

一个程序申请了多少内存空间，指针也只能访问这些空间，超出范围访问就是指针越界。

（3）指针变量不再使用，及时置NULL，使用前检查有效性

只要指针是NULL就不进行访问，指针在使用之前先进行判空再进行解引用操作。

int a = 20;
int* p = &a;
if(*p != NULL)    //判空
{*p = 200;
}

（4）避免返回局部变量的地址 

不要返回局部变量的地址

7.assert断言

assert.h头文件定义了宏assert(),用于在运行确保程序符合指定条件，如果不符合就会报错终止运行，这个宏叫做断言。

assert()接收一个表达式作为参数，如果表达式为真，不会产生任何作用，程序继续运行，如果表达式为假，assert()会报错，在标准错误流stderr（屏幕上）写入一条错误信息，显示没通过的表达式，以及包含这个表达式的文件名和行号。

优点：（1）自动识别文件和出错的行号

           （2）无需更改代码就能开启或关闭assert()机制

           （3）如果不需要使用时，在头文件定义宏NDEBUG

#define NDEBUG
#include <assert.h>assert(*p != NULL);

缺点：增加了运行时间 

注：在VS的Release版本中会优化掉assert（），即不会起作用

8.指针的调用

8.1传值调用和传址调用

8.1.1传值调用

传值调用就是在函数使用时，把变量本身的值直接传递给函数。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，此时对形参的修改不会影响对实参的改变。

//传值调用(不能实现变量数值的交换）
void swap1(int x, int y)
{int z = 0;z = x;x = y;y = z;
}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);	//传值调用printf("交换后：a = %d b = %d\n", a, b);return 0;
}

8.1.2传址调用

能建立函数和主调函数之间的联系，可以在函数内部修改主调函数的变量，从而使主调函数中的变量发生改变。

void swap1(int* pa, int* pb)
{int z = 0;z = *pa;*pa = *pb;*pb = z;
}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);	//传址调用printf("交换后：a = %d b = %d\n", a, b);return 0;
}

注：如果只是需要主调函数的变量值来实现计算，就可以采用传值调用。如果函数内部要修改主调函数中的变量的值，就需要传址调用。

未完待续……