指针的学习1

目录

什么是指针？

野指针

造成野指针的原因：

如何避免野指针？

内存和指针

如何理解编址？

指针变量和地址

取地址操作符&

指针变量和解引用操作符

指针变量

如何拆解指针类型？

指针变量的大小

指针变量类型的意义

指针的解引用

指针+整数

void*指针

void* 类型的指针有什么用呢？

const修饰指针

const修饰变量

const修饰指针变量

指针运算

指针+-整数

指针-指针

指针的关系运算

assert断言

使用assert()有几个好处：

指针的使用和传址调用

strlen的模拟实现

传值调用和传址调用

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什么是指针？

指针（pointer）是编程语言中的一个对象，利用地址，它的值直接指向存在电脑存储器中另一个地方的值，由于通过地址能找到所需的变量单位，可以说，地址指向该变量单位，因此，将地址形象化的称为“指针”，意思是，通过它能找到以它为地址的内存单元

指针是一个变量，存放内存单元的地址（编号）

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;//在内存中开辟一组空间int* p = &a;//将a的地址存放在p变量中，p就是一个指针变量return 0;
}

野指针

野指针：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） 

造成野指针的原因：

1. 指针未初始化；
2. 指针越界访问；
3. 指针指向内存空间释放； 

如何避免野指针？

• 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

• 小心指针越界；
• 指针指向空间释放即使置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

• 避免返回局部变量的地址

内存和指针

计算机上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

把内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小取1个字节

1byte=8bit(bit是最小的内存单元)

一个比特位可以存储一个2进制的位1或者0

内存单元的编号=地址=指针

如何理解编址？

首先，必须理解，计算机内有很多的硬件单元，这些硬件单元要互相协同工作。所谓的协作，至少相互之间要能够进行数据传递

但是，硬件与硬件之间是相互独立的，需要用“线”进行通信

CPU和内存之间也是有大量的数据交互的，所以两者必须用线连起来-地址总线

CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节空间在内存的什么位置，而内存中字节很多，需要给内存进行编址

计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计完成的

32位机器有32根地址总线，每根线有两种状态，表示0或1（电脉冲有无），一根线表示2种含义，2根线表示4种含义，32根地址线表示2^32种含义，每一种含义代表一个地址

地址信息被下达给内存，在内存上就可以找到该地址对应的数据，将数据通过数据总线传入CPU内寄存器

指针变量和地址

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

&a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节地址

指针--地址

指针变量--存放地址的变量

指针变量和解引用操作符

指针变量

通过取地址操作符（&）拿到的地址是一个数值，这个数值需要存放在指针变量中

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

指针变量中存储的是一个地址，指向同类型的一块内存空间

如何拆解指针类型？

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

pa左边写的是int*，*说明pa是指针变量，前面的int说明pa指向的是整型（int）类型的对象

int main()
{int a = 10;int* p = &a;*p = 0;//*解引用操作符（间接访问操作符）//*&a=0;printf("%d", a);//0return 0;
}

指针变量的大小

32位机器假设有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0，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bit位，需要4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位机器，假设有64根地址线，一个地址就是64个二进制位组成的二进制序列，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

指针变量--存放地址的

一个字节对应一个地址

指针用来存放地址，地址是唯一标示一块地址空间的

总结：

1.32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节

2.64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节

3.注意指针变量的大小和类型是无关的，只要是指针类型的变量，在相同的平台下大小都是相同的

指针变量类型的意义

指针的解引用

指针类型决定了指针进行解引用操作时，能够访问空间的大小（对指针解引用的时候有多大的权限--一次能操作几个字节）

int* p;*p能够访问4个字节

char* p;*p能够访问1个字节

doble* p;*p能够访问8个字节

指针+整数

指针类型决定了，指针走一步能走多远（指针的步长，单位是字节）

void*指针

void* 无具体类型的指针（或者泛型指针），这种类型的指针可以用来接受任意类型的地址，但也有局限性，void* 类型的指针不能进行指针的+-整数和解引用的运算

void* 类型的指针有什么用呢？

一般void* 类型的指针是使用在函数参数的部分，用来接收不同类型数据的地址，这样的设计可以实现泛型编程的效果，使得一个函数来处理多种类型的数据

const修饰指针

const修饰变量

变量不再被改变，变量有了常属性，本质仍是变量，常变量（在C++中，const修饰的变量就是常量）

如果要修改变量，就要通过指针来修改，这样就打破了const的限制，是不合理的，所以应该让变量的地址也不能被修改

const修饰指针变量

const修饰指针变量，可以放在*的左边，也可以放在*的右边，意义是不一样的

int main()
{int a = 10;int b = 20;int* const p = &a;//const在*右边//p=&b;//err*p = 100;printf("%d", a);return 0;
}

• const限制的是指针变量本身，指针变量不能再指向其他变量了，但是可以通过指针变量，修改指针变量指向的内容

int main()
{int a = 10;int b = 20;int const* p = &a;//const在*右边printf("p=%d\n", p);p=&b;//*p = 100;//errprintf("p=%d", p);return 0;
}

运行结果：

• const放在*左边，限制的是：指针指向的内容，不能通过指针来修改指向的内容，但是可以修改指针变量本身的值（修改指针变量的指向）

*两边可以同时加const

指针运算

指针的作用就是访问内存的

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

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);p++;*///等同于下面一句：printf("%d ", *(p + i));//p没有变化}return 0;
}

指针-指针

指针-指针的绝对值是：两个指针之间的元素个数；指针+指针无意义

计算的前提是：两个指针指向了同一块空间

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int my_strlen(char* str)
{char* start = str;while (*str != '\0'){str++;}return str - start;//指针-指针
}
int main()
{//strlen-求字符串长度，‘\0’之前的字符个数char arr[] = "abcdef";int len = my_strlen(arr);printf("%d", len);return 0;
}

指针的关系运算

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

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”

assert(p != NULL);

上面代码在程序运行到这一行语句时，验证变量是否等于NULL，如果不等于NULL，程序继续运行，否则就会终止运行，并且会给出报错信息提示

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0），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

使用assert()有几个好处：

assert()的使用对程序员是非常友好的，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

#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 NDEBUG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

指针的使用和传址调用

strlen的模拟实现

size_t my_strlen(const char* str)//size_t无符号的整型
{size_t count = 0;assert(str != NULL);while (*str != '\0'){count++;str++;}return count;
}
int main()
{char arr[] = "abcdef";size_t len = my_strlen(arr);printf("%d", len);return 0;
}

传值调用和传址调用

下面看一个典型代码，曾几何时，我被它坑过：

void Swap(int x, int y)
{int temp = x;x = y;y = temp;
}
int main()
{int a = 10;int b = 20;printf("交换前：a=%d,b=%d\n", a, b);Swap(a, b);//传值调用printf("交换后：a=%d,b=%d", a, b);return 0;
}

当实参传递给形参的时候，形参是实参的一份临时拷贝，对形参的修改不会影响实参

如果要交换两个数的值，参考以下代码：

void Swap(int* pa, int* pb)
{int temp = *pa;*pa = *pb;*pb = temp;
}
int main(){int a = 10;int b = 20;printf("交换前：a=%d,b=%d\n", a, b);Swap(&a, &b);//传址调用printf("交换后：a=%d,b=%d", a, b);return 0;
}