C语言入门系列：指针入门(超详细)

指针是 C 语言的重点，也是难点，这篇文章主要讲解指针是什么以及如何使用。

一，什么是指针

1，内存

指针与内存是息息相关的，在学习指针之前，先回忆下内存相关的知识。

内存是程序运行期间存储数据的硬件设备，为了方便管理，计算机将内存划分为一个个小的单元，每个单元的大小是一个字节。

如果把内存比作一栋酒店大楼，内存单元就像是一个个小的房间，数据就住在小房间里。

我们知道，为了客人能准确找到属于自己的房间，酒店房间是有房号的。

同样，内存单元也是有编号的，这个编号在计算机中称之为“内存地址”。

2，指针是什么？

指针就是内存单元的编号，本质上是一个内存地址，相当于房卡上的房间号。

从形式上看，指针和整型数据并没有什么区别，都是数字。区别在于，指针是内存地址，不用于与其他数据进行加减乘除等运算，也不会展示给用户。

二，指针的声明

1，声明指针类型变量

在编写代码过程中，通常会声明一个变量，然后对变量进行赋值或者其他各种运算。

要使用指针，也需要声明一个指针类型的变量。

一定要牢记：指针变量就是一个普通变量，只不过它的值是内存地址而已。

指针类型由两部分构成：

• ①指针标识符，C语言用字符*表示指针
• ②指针类型，指针不能单独存在，必须和数据类型一起出现，表明这个指针是某种数据类型的指针

比如，char*表示一个指向字符的指针，float*表示一个指向float类型的值的指针。

int* intPtr;

上面示例声明了一个变量intPtr，它是一个指针，指向的内存地址存放的是一个整数。

星号*可以放在变量名与类型关键字之间的任何地方，下面的写法都是正确的。

int   *intPtr;
int * intPtr;
int*  intPtr;

推荐使用星号紧跟在类型关键字后面的写法，即int* intPtr;。

声明指针变量时需要注意，如果要在一行声明多个指针变量，每个变量前都要携带字符*。

// 正确
int * foo, * bar;// 错误
int* foo, bar;

上面示例中，第二行实际上仅仅声明了一个指针变量，foo是整数指针变量，而bar是整数变量，即*只对第一个变量生效。

2，二级指针

一个指针指向的可能还是指针，这时就要用两个星号**表示，这种指针通常称为二级指针。

int** foo;

上面示例表示变量foo是一个指针，即变量foo存储的还是一个内存地址，这个内存地址指向的内存中存储的则是一个整数。

int a = 10;
// &a表示a变量的内存地址
int* pa = &a;
// &a表示指针变量pa的内存地址
int** ppa = &pa;

三，指针的计算

1，两个指针运算符

1.1 *运算符

*这个字符除了声明变量时代表指针外，还可以作为运算符，用来获取指针指向的内存中的值。

void plus1(int* p) {*p = *p + 1;
}

上面代码中，函数plus1的参数是一个整数指针p。

函数体里面，*p就表示指针p所指向的那个整数值。

对*p赋值，就是改变指针p指向的内存中的值。

这有点绕，和普通变量对比更容易理解。

int a = 10;
int b = 100;
// 将b的地址赋于指针pb
int* pb = &b;*pb = *pb +1;
a = a + 1;

对于上述代码的最后两行：

• *pb = *pb +1，这个表达式可以拆解为4步，①计算机首先从指针变量pb中取出地址0xffeecc，②再去这个地址指向的内存单元中获取整数100，③然后执行运算100+1，执行完成后，④0xffeecc这个内存单元的值就变成101。
• a = a + 1，相当于上面的表达式，执行过程更简单。①计算机从变量a对应的内存直接取出整数10，②然后执行运算10+1，③执行完成后，a变量对应的内存的数据更新为11。
  

1.2 & 运算符

&运算符用来取出一个变量所在的内存地址。

int x = 1;
printf("x's address is %p\n", &x);

上面示例中，x是一个整数变量，&x就是x的值所在的内存地址。printf()的%p是内存地址的占位符，可以打印出内存地址。

上一小节中，参数变量加1的函数，可以像下面这样使用。

void plus1(int* p) {*p = *p + 1;
}int x = 1;
plus1(&x);
printf("%d\n", x); // 2

注意，调用plus1()函数以后，打印变量x的值，发现结果是2，但是我们并没有对x进行显示的重新赋值，原因调用plus1函数时，将变量c的地址作为参数进行传递，plus1直接根据地址取出初始值，执行加1的运算，然后更新内存中的值为2，不必使用变量x就可以修改x变量的值。

1.3 &运算符与*运算符的关系

&运算符与*运算符互为逆运算，下面的表达式,是成立的。

int i = 5;if (i == *(&i)) // 正确

2，指针变量的初始化

2.1 指针变量的大坑

声明指针变量之后，编译器会为指针变量本身分配一个内存空间，这个内存空间可能还保存着历史数据。

也就是说，这个指针变量可能指向一个随机的地址。

如果此时就去读写这个地址对应的内存，可能出现非常严重的后果，必然这个地址指向的是账户余额，有可能导致账户虚增或者虚减。

int* p;
*p = 1; // 错误

上述代码是必须避免的，因为指针p指向的内存单元是随机的。

2.2 指针变量初始化

正确写法是声明指针变量声明，立即指向一个明确的地址，这就是指针变量的初始化，初始化之后再进行读写。

int* p;
int i;p = &i;
*p = 13;

上面示例中，p是指针变量，声明这个变量后，p会指向一个随机的内存地址。

这时要将它指向一个已经分配好的内存地址，上例就是再声明一个整数变量i，编译器会为i分配内存地址，然后让p指向i的内存地址（p = &i;）。

完成初始化之后，就可以对p指向的内存地址进行赋值了（*p = 13;）。

2.3 指针变量初始化最佳实践

强烈推荐，声明指针变量的同时，将指针变量的值设为NULL。

int* p = NULL;

NULL在 C 语言中是一个常量，表示地址为0的内存空间，这个地址是无法使用的，读写该地址会报错。

这样即使之后我们忘记了把指针变量p指向预期的内存地址，在程序运行过程中会报错，而不是以可怕的、随机的方式运行。

三，指针的运算

我们现在知道了，指针虽然代表的是内存地址，但其本质上是一个无符号整数。

C语言允许指针参与运算，但是指针的运算规则和整数的运算规则是相差很大的。

1，指针与整数值的加减运算

指针与整数值的运算，表示指针的移动。

short* j;
j = (short*)0x1234;
j = j + 1; // 0x1236

上面示例中，j是一个指针，指向内存地址0x1234。

由于0x1234本身是整数类型（int），跟j的类型（short*）并不兼容，所以强制使用类型投射，将0x1234转成short*。

表明上看，j + 1应该等于0x1235，但正确答案是0x1236。

原因是j + 1表示指针向内存地址的高位移动一个单位，而一个单位的short类型占据两个字节的宽度，所以相当于向高位移动两个字节。同样的，j - 1得到的结果是0x1232。

指针移动的单位，与指针指向的数据类型有关。数据类型占据多少个字节，每单位就移动多少个字节。

2，指针与指针的加法运算

指针只能与整数值进行加减运算，两个指针进行加法是非法的。

unsigned short* j;
unsigned short* k;
x = j + k; // 非法

上面示例是两个指针相加，这是非法的。

3，指针与指针的减法

相同类型的指针允许进行减法运算，返回它们之间的距离，即相隔多少个数据单位。

高位地址减去低位地址，返回的是正值；低位地址减去高位地址，返回的是负值。

这时，减法返回的值属于ptrdiff_t类型，这是一个带符号的整数类型别名，具体类型根据系统不同而不同。这个类型的原型定义在头文件stddef.h里面。

short* j1;
short* j2;j1 = (short*)0x1234;
j2 = (short*)0x1236;ptrdiff_t dist = j2 - j1;
printf("%td\n", dist); // 1

上面示例中，j1和j2是两个指向 short 类型的指针，变量dist是它们之间的距离，类型为ptrdiff_t，值为1，因为相差2个字节正好存放一个 short 类型的值。

4，指针与指针的比较运算

指针之间的比较运算，比较的是各自的内存地址哪一个更大，返回值是整数1（true）或0（false）。