【初阶C语言】指针的妙用

前言：在C语言中，有一个非常重要的知识点，叫做指针，指针也是数据类型中的一种。在本节内容中，我们就一起来学习指针。

---

 学习一个新知识的时候，我们需要从这几个方面：指针是什么，指针是怎么访问数据（指针是怎么工作的），也就是弄清楚指针类型的作用，怎么运用指针，还有注意使用指针时常犯的错误，做好上面，你对指针的学习就已经非常棒了。

1. 指针是什么
2. 指针和指针类型
3. 野指针
4. 指针运算
5. 指针和数组
6. 二级指针
7. 指针数组

本节重点，介绍指针类型的意义

一、介绍指针

讲到指针，就应该要想到跟他关联的东西--地址。内存会被分成一个个小的单元，每个单元的单位是字节，所以每个内存都会有一个编号，该编号就是内存的地址，通过地址就可以找到该内存。

指针的概念：指针就是地址，口头说的指针就是指针变量，用来存放地址。存放的地址其实就是内存的编号。

指针变量==地址==单元编号

注意：存放在指针变量中的数据，会当成地址来处理。

代码对指针的解释：

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;//定义一个变量aint* p = &a;//取出变量a的地址存放到变量p中return 0;//因为变量p存放的是地址，所以称为指针变量
}

 代码解读：int说明指针变量所指的对象是int型，*在说明该变量是指针类型。

总结：

     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

    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

由上面可知，指针的内存大小都是4/8个字节，为什么指针还有指针类型区分呢？

二、指针和指针类型

前言：我们要学习指针类型，目的就是要知道指针类型存在的意义和怎么使用。

1.指针类型的分类

字符型指针	char	char* p1
短整形指针	short	short* p2
整形指针	int	int* p3
长整形指针	long	lomg* p4
单精度浮点型指针	float	float* p5
双精度浮点型指针	double	double* p6

既然指针有这么多类型，我们可以对它们的内存大小一探究竟。

可以通过代码的方式一探究竟：

#include<stdio.h>
int main()
{printf("%d\n", sizeof(char*));printf("%d\n", sizeof(short*));printf("%d\n", sizeof(int*));printf("%d\n", sizeof(long*));printf("%d\n", sizeof(float*));printf("%d\n",sizeof(double*));return 0;
}

两种平台下运行的结果： 

总结：

  无论是哪一种平台下计算的结果，每种指针类型的内存大小都一样，都是4或8个字节。

2.指针类型的访问权限

    指针的访问是什么意思呢？就是通过解引用操作符（*）找到地址所指向的对象，再对其操作的过程，该操作一般是修改数据。

我们先看代码：

正常修改：

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 0x11223344;//这里表示十六进制的数字int* p = &a;printf("%d\n", a);*p = 0;//解引用操作把a修改成0printf("%d\n",a);
}

运行结果：

 输入的0x11223344是十六进制，打印的结果287454020是十进制。

 我们看一下调试的结果图：

 ox11223344解读：0x的意思是表示十六进制的数字，这里是为了方便观察。整形int的内存大小是4个字节，也就是32个比特位（二进制）；因为四个二进制数字可以转化成一个十六进制数字,所以为了方便，系统会自动把二进制转化成十六进制（8位十六进制）。

 

总结： 以上是为了说明数据存储在内存中是以十六进制存储。两个十六进制数字=一个字节，这个知识点很重要，下面会用到。所以我们对变量a赋值0x11223344，因为已经是十六进制数字，存在内存中就是11223344的形式，方便我们观察而已。

 上面的内容是引入，下面开始重点：

 

我们正常输入数据并修改：

 不正常修改的代码：

#include<stdio.h>
int main()
{int a =0x5201314;char* p = &a;//注意这里是用char类型的指针printf("%d\n", a);*p = 0;//解引用操作把a修改成0printf("%d\n", a);
}

 这里与上面不一样的区别：指针类型是char*，它一样可以存放变量a的地址。

运行结果：

 输入的数据是十六进制的0x5201314，第一次打印的结果是十进制的85988116，所以在所以观察会不明显，我们看在内存中的存储。

内存存储图：

 这里为什么不是像上面一样是把所有的数据全部修改成0呢？因为char指针类型每次只能访问一个字节的大小，所以每次修改的权限只有一个字节。

我们可以看short类型：

 修改后：

 上面那么多的例子目的是说明不同的指针类型有不同的访问权限，像char每次只能访问一个字节，short访问两个字节，int访问四个字节，取决于类型的内存大小，但是指针的大小是一样的。

总结1：不同的指针类型，可以访问数据的权限不一样

3.不同指针类型的运加减性质

这里要介绍的内容就是不同的指针类型+1或-1的结果。

例题：

未修改的代码：

#include<stdio.h>
int main()
{int arr[7] = { 5,2,0,1,3,1,4 };int* p1 = &arr;int i = 0;for (i = 0; i < 7; i++)printf("%d ",*(p1+i));printf("\n");return 0;
}

运行结果1：

 这里跟一般的访问数组不一样，这里是通过指针来访问每个数组。

把数组赋值成0后打印：

#include<stdio.h>
int main()
{int arr[7] = { 5,2,0,1,3,1,4 };int* p1 = &arr;int i = 0;for (i = 0; i < 7; i++)printf("%d ", *(p1 + i));//第一次打印printf("\n");i = 0;for (i = 0; i < 7; i++)*(p1 + i) = 0;//全部赋值成0i = 0;for (i = 0; i < 7; i++)printf("%d ", *(p1 + i));//第二次打印return 0;
}

运行结果2；

 用其他类型指针来修改数据：

#include<stdio.h>
int main()
{int arr[7] = { 5,2,1,1,3,1,4 };char* p1 = &arr;int i = 0;for (i = 0; i < 7; i++)printf("%d ", arr[i]);//第一次打印printf("\n");i = 0;for (i = 0; i < 7; i++)*(p1 + i) = 0;//全部赋值成0i = 0;for (i = 0; i < 7; i++)printf("%d ", arr[i]);//第二次打印return 0;
}

运行结果2：

这里的结果又跟上面的不一样了，没有将数据全部修改成0。由上面我们知道，char指针每次只能访问一个字节，而数组为整形，每个数据占用四个字节。

当char指针+1的时候，是跳过一个字节，所以+1一次是没有办法访问到数组的第二个元素，也就没有办法修改。

总结2：指针类型的意义在于，决定指针+1或者-1跳过多少个字节。

指针类型大总结：1.指针类型决定了指针解引用操作的时候，访问几个字节

                             2.指针类型决定了指针+1或-1操作跳过几个字节

三、野指针

野指针，其实就是非法指针，并不是要学习使用野指针，而是为了避免野指针的出现而去认识

标准概念：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）

出现野指针大概有这些情况：

1.指针未初始化

2.指针越界访问

3.返回局部变量的地址

4.释放的指针未及时置空

1.指针未初始化

#include<stdio.h>
int main()
{int* p;//指针未初始化，为野指针return 0;
}

像这样，创建指针的时候没有让他指向某块空间，也没有置空，这样就是野指针。

正确做法：

#include<stdio.h>
int main()
{int* p = NULL; // 指针置空赋值NULL;return 0;
}

一般默认指针变量置空赋值NULL，普通变量赋值为0。另外，NULL默认值为0。

2.指针越界访问数组

下面的是错误代码：

#include<stdio.h>
int main()
{int arr[5] = {0};int* p = arr;int i = 0;for (i=0;i<=5;i++)//这是错误代码{*p = 520;p++;}return 0;
}

因为数组的大小为5，循环会走6次，从而越界访问，我们看一下这种情况下的运行结果；

3.返回局部变量的地址

#include<stdio.h>
int* test()
{int a = 0;//局部变量a出了test函数就会被销毁return &a;
}
int main()
{int* p = test();printf("%d\n",*p);return 0;
}

因为出了test函数，局部变量a就已经被销毁了，本来属于局部变量a的地址，现在却已经不是他的了。此时这块地址的指向是不确定的

4.关于置空的问题

当指针指向的空间释放，要及时将指针置空，也就是赋值为NULL。

所以当我们去使用指针的时候，就要去检查指针的有效性，指针是否为空。

p=NULL;//p为指针，指向空间被释放时要及时置空//使用前，检查指针的有效性
if(p==NULL)return;//指针为空直接返回

四、指针运算

指针的运算包括指针+-整数，如p++；和指针+-指针

1.指针加减整数

#include<stdio.h>
int main()
{int arr[5] = {1,2,3,4,5};//创建并初始化数组//利用指针加减整数打印数组int* p = arr;//定义和初始化指针int i = 0;for (i = 0; i < 5; i++){printf("%d ",*(p+i));}//*(p+i)可以写成*p++,但是后者的p会发生变化return 0;
}

运行结果：

 

 第一次循环：i=0，所以p+i=p，然后解引用p找的是arr[0]，并打印。

p指向的地址是数组首元素的地址；p+i是数组下标为i的元素的地址；（p+i）跳过i*sizeof(int)个字节。

总结：指针加减整数，不是跳过整数个地址，而是跳过整数*sizeof(指针所指向的数据类型)个地址。

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
 

2.指针-指针

两个指针相减就是地址之间的运算，一般在数组中出现，因为；

指针减指针的前提条件：两个指针必须指向同一块区域，且指针类型相同。

举例：

#include<stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {0};printf("%d\n",&arr[9]-&arr[0]);printf("%d\n",&arr[0]-&arr[9]);//最后一个元素的地址-首元素地址return 0;
}

运行结果 

 总结：指针-指针插值的绝对值，是指针和指针之间的元素个数。

 

五、指针与数组的运用

     因为数组名是首元素的地址，所以可以通过首元素地址访问该数组，也就可以将地址赋值给指针变量，再用指针去访问数组，这就是他们的关系。

知识点：数组名就是表示数组首元素的地址，但是有两个例外。

1.sizeof(数组名)，数组名单独放在括号内部，数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节。

2.&数组名，数组名表示整个数组，取出的是数组的地址，数组的地址和数组首元素的地址在数值上是一样的，但是类型和意义不一样的，体现在地址+1上面。

（该知识点已经在数组的章节介绍过，属于数组的知识点）

例子说明：

#include <stdio.h>
int 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 i = 0;int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[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：

 通过指针来访问数组是可行的，因为指针所指向的地址是跟数组匹配的。

总结：因为数组名是地址的原因，所以可以和指针很好的配合。

六、二级指针

二级指针也是指针，不过二级指针里面存放的地址是一级指针的地址，依次类推，三级指针存放二级指针的地址……

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int* p = &a;//*说明p是指针，int说明p指向的类型是int//p是一级指针，存放变量a的地址int* * pp = &p;//第一个*说明pp是指针，int*说明pp指向的p变量类型是int*//pp是二级指针return 0;
}

里面的文字解析很重要

七、指针数组

指针数组本质是数组，只不过里面存放的类型是指针类型。就像字符数组里面存放的是字符一样。

如：

char* arr1[5];//存放字符指针的数组
int* arr2[6];

举例：

#include<stdio.h>
int main()
{int arr1[3] = {1,2,3};int arr2[3] = {4,5,6};int arr3[3] = { 7,8,9 };//arr就是指针数组int* arr[3] = { arr1,arr2,arr3 };//可以模拟二维数组int i = 0;for (i=0;i<3;i++){int j = 0;for (j=0;j<3;j++){printf("%d ",arr[i][j]);//i=0,访问arr1}printf("\n");}return 0;
}

运行结果：

 指针数组在初级C语言不会详细介绍，在进阶C语言我们会进一步探讨。

---

本章完……以上内容如有错误，欢迎各位大佬的补充，后续会持续更新指针的内容