C语言学习之路--指针篇

一、前言

• 本人是一名小白，这一篇是记录我C语言学习中的指针的所学所得，仅为简单的认识下C语言中的各个知识。

二、指针

一、指针是什么

• 指针是什么？

1、指针的重要理解

1. 指针是内存中一个最小单元（一个字节）的编号，也就是地址。
2. 平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量。

• 那么，我们可以这样理解：
  

2、指针变量

• 我们可以通过&（取地址操作符）取出变量的内存起始地址，把该地址存放在一个变量中，这个变量就是指针变量。

#include <stdio.h>int main()
{int a = 10;    //在内存中开辟一块4个字节的空间int* pa = &a;  //这里我们对变量a，取出它的地址，可以用&（取地址操作符）//整形变量a占用4个字节的内存空间，第7行代码是将a的4个字节的第一个字节的地址存放在变量pa中，pa就是一个指针变量printf("%p", pa); //%p为指针变量的格式化输出return 0;
}

运行结果

• 总结
  指针变量，用来存放地址的变量。（存放在指针中的值都被当成地址处理）。

3、其他问题

• 一个小的单元到底是多大？（一个字节）
• 如何编址？
  经过仔细的计算和权衡我们发现一个字节给一个对应的地址是比较合适的。
• 对于32位的机器，假设有32根地址线，那么假设每根地址线在寻址的时候产生高电平（高电压）和低电
  平（低电压）就是（1或者0）；
  那么32根地址线产生的地址就会是：

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000001
…
11111111 11111111 11111111 11111111

这里就有2的32次方个地址。
每个地址标识一个字节，那我们就可以给 （2^32Byte == 2^32/1024KB ==
2^32/1024/1024MB ==2^32/1024/1024/1024GB == 4GB） 4G的空间进行编址。
同样的方法，那64位机器，如果给64根地址线，那能编址多大空间，计算亦如此。
这里我们便明白：

• 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。
  总结：
• 指针变量是用来存放地址的，地址是唯一标识一个内存单元（一个字节）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。

二、指针和指针类型

• 我们都知道，我们都知道，变量有不同的类型，整形，浮点型等。那指针有没有类型呢？
  准确的说：有的。
• 当有这样的代码

int num = 10;
p = #

要将&num（num的地址）保存到p中，我们知道p就是一个指针变量，那它的类型是怎样的呢？

• 因此，我们定义以下类型

char  *pc = NULL;
int  *pi = NULL;
short *ps = NULL;
long  *pl = NULL;
float *pf = NULL;
double *pd = NULL;

这里可以看到，指针的定义方式是： type + * 。
其实：
char* 类型的指针是为了存放 char 类型变量的地址。
short* 类型的指针是为了存放 short 类型变量的地址。
int* 类型的指针是为了存放 int 类型变量的地址。

• 那指针类型的意义是什么？

1、指针+—整数

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>int main()
{int n = 10;char* pc = (char*)&n;int* pi = &n;printf("%p\n", &n);printf("%p\n", pc);printf("%p\n", pc + 1);//输出比pc大1个字节printf("%p\n", pi);printf("%p\n", pi + 1);//输出比pi大4个字节return 0;
}

运行结果

• 总结：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

2、指针的解引用

#include <stdio.h>int main()
{int n = 0x11223344;char* pc = (char*)&n;int* pi = &n;*pc = 0;printf("%x\n", n);*pi = 0;printf("%x\n", n);return 0;
}

运行结果

• 我们不难发现，pc只访问了一个字节，pi访问了4个字节。
• 总结：
  指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（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。

三、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）

1、野指针成因

1、指针未初始化

#include <stdio.h>
int main()
{
int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值*p = 20;
return 0;
}

2、指针访问越界

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {0};int *p = arr;int i = 0;for(i=0; i<=11; i++){//当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针*(p++) = i;}return 0;
}

3、指针指向的空间释放

2、如何规避野指针

1. 指针初始化
2. 小心指针越界
3. 指针指向空间释放，及时置NULL
4. 避免返回局部变量的地址
5. 指针使用之前检查有效性

#include <stdio.h>
int main()
{int *p = NULL;//....int a = 10;p = &a;if(p != NULL){*p = 20;}return 0;
}

四、指针的运算

1、指针—指针

#include <stdio.h>int my_strlen(char* s)
{char* p = s;while (*p != '\0')p++;return p - s;
}int main()
{char arr[] = "abc";int a = my_strlen(arr);printf("%d\n", a);return 0;
}

运行结果

2、指针的关系运算

for(vp = &values[N_VALUES-1]; vp >= &values[0];vp--)
{*vp = 0;
}

• 实际在绝大部分的编译器上是可以顺利完成任务的，然而我们还是应该避免这样写，因为标准并不保证
  它可行。
  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。（上述代码中的value[0]与它前面的地址进行了比较）

五、指针和数组

#include <stdio.h>int main()
{int arr[3] = { 1,2,3 };printf("%p\n", arr);printf("%p\n", &arr[0]);return 0;
}

运行结果

• 可见数组名和数组首元素的地址是一样的。
  结论：数组名表示的是数组首元素的地址。但两种情况除外：

1. sizeof(数组名)，这里的数组名是表示整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节
2. &数组名，这里的数组名是表示整个数组，&数组名取出的是数组的地址，这是arr+1会跳过这个数组。

• 那么这样写代码是可行的：

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
int *p = arr;//p存放的是数组首元素的地址

• 指针访问数组

#include <stdio.h>int main()
{int arr[3] = { 1,2,3 };int* p = arr; //指针存放数组首元素的地址int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//计算数组大小for (int i = 0; i < sz; i++){printf("&arr[%d] = %p <====> p+%d = %p\n", i, &arr[i], i, p + i);}for (int j = 0; j < sz; j++){printf("%d ", *(p + j));}return 0;
}

运行结果

总结： p+i 其实计算的是数组 arr 下标为i的地址。那我们就可以直接通过指针来访问数组。

六、二级指针

指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪里？
那就是 二级指针 。

对于二级指针的运算有：

• *ppa 通过对ppa中的地址进行解引用，这样找到的是 pa ， *ppa 其实访问的就是 pa

int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;

• **ppa 先通过 *ppa 找到 pa ,然后对 pa 进行解引用操作： *pa ，那找到的是 a

**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;

七、指针数组

• 指针数组是指针还是数组？
  答案：是数组。是存放指针的数组。
• 数组我们已经知道整形数组，字符数组。

int arr1[5];
char arr2[6];

• 那指针数组是怎样的呢？

int* arr3[5];//是什么？

即arr3是一个数组，有五个元素，每个元素是一个整形指针。