指针（上）

目录

内存和地址

指针变量和地址

取地址（&）

解引用（*）

大小

类型

意义

const修饰

修饰变量

修饰指针

指针运算

指针+- 整数

指针-指针

指针的关系运算

野指针

概念

成因

避免

assert断言

指针的使用

strlen的模拟实现

传值调用和传址调用

指针和数组

特殊情况

指针访问

指针数组

模拟⼆维数组

 二级指针

---

在开始正式介绍之前我先提一点，就是计算机中常⻅的单位：

1Byte（比特位） = 8bit（字节）

1KB = 1024Byte

1MB = 1024KB

1GB = 1024MB

1TB = 1024GB

1PB = 1024TB

以下的代码我均是在32位平台下地址运行的代码（因为32位通过调试观察会更清晰）

内存和地址

        内存空间是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。其中，每个内存单元，相当于⼀个学⽣宿舍，⼀个字节空间⾥⾯能放8个⽐特位，就好⽐同学们住的⼋⼈间，每个⼈是⼀个⽐特位。每个内存单元也都有⼀个编号（这个编号就相当于宿舍房间的⻔牌号）。⽣活中我们把⻔牌号也叫地址，在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。C语⾔中给地址起了新的名字叫：指针。

所以我们可以理解为：内存单元的编号 == 地址 == 指针

指针变量和地址

取地址（&）

我们可以通过&（取地址操作符）取出变量的内存起始地址，把地址可以存放到一个变量中，这个变量就是指针变量

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;//在内存中开辟一块空间int* p = &a;//这里我们对变量a，取出它的地址，可以使用&操作符。//a变量占用4个字节的空间，这里是将a的4个字节的第一个字节的地址存放在p变量中//p就是一个指针变量。return 0;
}

上述的代码就是创建了整型变量a，内存中申请4个字节，⽤于存放整数10，其中每个字节都有地址，上图中4个字节的地址分别是：

0x0093F7FC

0x0093F7FD

0x0093F7FE

0x0093F7FF

解引用（*）

我们只要拿到了地址（指针），就可以通过地址（指针）找到地址（指针）指向的对象，而实现这个操作就需要借助⼀个操作符叫解引⽤操作符(*)。

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 100;int* p = &a;*p = 0;return 0;
}

上⾯代码中第5⾏就使⽤了解引⽤操作符，*p 的意思就是通过p中存放的地址，找到指向的空间，*p其实就是a变量了；所以*p = 0，这个操作符是把a改成了0（其实这⾥是把a的修改交给了p来操作，这样对a的修改，就多了⼀种的途径，写代码就会更加灵活，往后学习就会知道指针非常香）

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或者0，那我们把32根地址线产⽣的2进制序列当做⼀个地址，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

总结：指针变量的⼤⼩取决于地址的⼤⼩

32位平台下地址是32个bit位，指针变量⼤⼩是4个字节

64位平台下地址是64个bit位，指针变量⼤⼩是8个字节

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

类型

//我们如何理解指针的类型呢？
int a = 10;
int * pa = &a;

这里p左边写的是int* ，是在说明p是指针变量，而前面的int是在说明p指向的是整型(int)类型的对象。那如果要存放一个char类型的变量ch呢，那就要用char 类型的指针变量，同理其它类型也如此

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

可以看出，指针的定义方式是： type + *，那就是说：

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。

意义

指针变量的⼤⼩和类型⽆关，只要是指针变量，在同⼀个平台下，⼤⼩都是⼀样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？

① 指针的解引用

通过调试我们可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0，但是代码2只是将n的第⼀个字节改为0。那我们就知道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。

结论：指针的类型决定了，对指针解引⽤的时候有多⼤的权限（⼀次能操作⼏个字节）。

②指针+-整数

通过这段代码，我们可以看出， char* 类型的指针变量+1跳过1个字节， int* 类型的指针变量+1跳过了4个字节。这就是指针变量的类型差异带来的变化。指针+1，其实跳过1个指针指向的元素。指针可以+1，那也可以-1。

结论：指针的类型决定了指针向前或者向后⾛⼀步有多⼤（距离）。

③ void* 指针

在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void * 类型的，可以理解为⽆具体类型的指针（或者叫泛型指针），这种类型的指针可以⽤来接受任意类型地址。但是也有局限性， void* 类型的指针不能直接进⾏指针的+-整数和解引⽤的运算。 

在上⾯的代码中，将⼀个int类型的变量的地址赋值给⼀个char类型的指针变量。编译器给出了⼀个警告，是因为类型不兼容。⽽使⽤void类型就不会有这样的问题。

使⽤void*类型的指针接收地址：

这⾥我们可以看到， void* 类型的指针可以接收不同类型的地址，但是⽆法直接进⾏指针运算。

void* 类型指针的作用：

        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，void* 类型还是很香的，后面介绍会用到。

const修饰

修饰变量

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给⼀个指针变量，通过指针变量的也可以修改这个变量。但是如果我们希望⼀个变量加上⼀些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是const的作⽤。

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 0;a = 20;//a是可以修改的const int b = 0;b = 20;//b是不能被修改的return 0;
}

上述代码中b是不能被修改的，其实b本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对b进⾏修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改b。

int main()
{const int b = 0;printf("b = %d\n", b);int*p = &b;*b = 20;printf("b = %d\n", b);return 0;
}

但是如果我们绕过b，使⽤b的地址，去修改b就能做到了，但是这样做是在打破语法规则，是不合理的，我们的初衷就是为了b不能被修改，那么这时候就需要用const修饰指针。

修饰指针

① const放在*的左边情况

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 10;int m = 20;const int* p = &n;//编译器报错：表达式必须是可修改的左值*p = 20;p = &m; return 0;
}

② const放在*的右边情况

int main()
{int n = 10;int m = 20;int* const p = &n;*p = 20; //编译器报错：表达式必须是可修改的左值p = &m;return 0;
}

③ const放在*的左右两边情况

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 10;int m = 20;int const* const p = &n;//编译器报错：表达式必须是可修改的左值*p = 20; //编译器报错：表达式必须是可修改的左值p = &m;return 0;
}

结论：const修饰指针变量的时候

① const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变。但是指针变量本⾝的内容可变。

② const如果放在*的右边，修饰的是指针变量本⾝，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变。

指针运算

指针+- 整数

因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第⼀个元素的地址，顺藤摸⽠就能找到后⾯的所有元素。

#include <stdio.h>
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]);//数组下标是从0开始的for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", *(p + i));//p+i 这⾥就是指针+整数}return 0;
}

指针-指针

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

指针的关系运算

#include <stdio.h>
int main()
{//数组名是数组首元素的地址int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int* p = &arr[0];int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);while (p < arr + sz) //指针的⼤⼩⽐较{printf("%d ", *p);p++;}return 0;
}

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）

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 指针越界访问

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {0};int *p = &arr[0];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

int* test()
{int n = 100;return &n;
}
int main()
{int*p = test();printf("%d\n", *p);return 0;
}

避免

野指针的成因大多数都与我们不规范的语法有关，有没有办法避免呢？答案肯定是有的。

① 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，读写地址会报错

//NULL实际是⼀个宏，在传统的C头⽂件(stddef.h)中，可以看到如下代码：
#ifdef __cplusplus#define NULL 0
#else#define NULL ((void *)0)
#endif

//初始化
#include <stdio.h>
int main()
{int num = 10;int*p1 = &num;int*p2 = NULL;return 0;
}

② 小心指针越界

⼀个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是越界访问。（使用数组时特别要注意这点）

③ 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。

我们可以把野指针想象成野狗，野狗放任不管是⾮常危险的，所以我们可以找⼀棵树把野狗拴起来，就相对安全了，给指针变量及时赋值为NULL，其实就类似把野狗栓起来，就是把野指针暂时管理起来。

不过野狗即使拴起来我们也要绕着⾛，不能去挑逗野狗，有点危险；对于指针也是，在使⽤之前，我们也要判断是否为NULL，看看是不是被拴起来起来的野狗，如果是不能直接使⽤，如果不是我们再去使⽤。

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int *p = &arr[0];int i = 0;for(i=0; i<10; i++){*(p++) = i;}//此时p已经越界了，可以把p置为NULLp = NULL;//下次使⽤的时候，判断p不为NULL的时候再使⽤//...p = &arr[0];//重新让p获得地址if(p != NULL) //判断{//...}return 0;
}

④ 小心局部变量

这和我们成因的第三点相关，因为函数执行完就会释放，即使返回了一个指针，但指针指向什么谁都不知道，所以返回的是一个野指针，这点也是特别要小心的。

assert断言

我觉得这个东西有必要介绍给大家，因为这个使用起来会特别香，特别是到数据结构阶段，那时候会经常使用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 p 是否等于 NULL 。如果确实不等于 NULL ，程序继续运⾏，否则就会终⽌运⾏，并且给出报错信息提⽰。

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（返回值为零）， 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。

assert() 的使⽤对程序员是⾮常友好的，使⽤ assert() 有⼏个好处：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，直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在 Release 版本不影响⽤⼾使⽤时程序的效率。

指针的使用

前面介绍了那么多，下面我将介绍实际点的应用

strlen的模拟实现

库函数strlen的功能是求字符串⻓度，统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。

//函数原型如下
size_t strlen ( const char * str );

参数str接收⼀个字符串的起始地址，然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数，最终返回⻓度。如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历，只要不是 \0 字符，计数器就+1，这样直到 \0 就停⽌。

//模拟实现
int my_strlen(const char* str)
{int count = 0;assert(str);while (*str){count++;str++;}return count;
}
int main()
{int len = my_strlen("abcdef");printf("%d\n", len);return 0;
}

传值调用和传址调用

我们先来看下面一段代码

#include <stdio.h>
void Swap1(int x, int y)
{int tmp = x;x = y;y = tmp;
}
int main()
{int a = 1;int b = 3;printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);Swap1(a, b);printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);return 0;
}

我们的目的是交换两个数的值，但是我们运行代码发现，它们两个值并没有发生变化。这是为什么呢？代码看上去明明没有问题啊。

我们调试起来分别取它们的地址发现，原来在Swap1函数内部创建了形参x和y接收a和b的值，但是x的地址是0x00b9f854，y的地址是0x00b9f858，x和y确实接收到了a和b的值，不过x的地址和a的地址不⼀样，y的地址和b的地址不⼀样，相当于x和y是独⽴的空间，那么在Swap1函数内部交换x和y的值，⾃然不会影响a和b，当Swap1函数调⽤结束后回到main函数，a和b的没法交换。

Swap1函数在使⽤的时候，是把变量本⾝直接传递给了函数，这种调⽤函数的⽅式就是传值调⽤。

这时候就要借助指针了，我们现在要解决的就是当调⽤Swap函数的时候，Swap函数内部操作的就是main函数中的a和b，直接将a和b的值交换了。那么如果我们在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap函数⾥边通过地址间接的操作main函数中的a和b，是不是就达到交换的效果。

#include <stdio.h>
void Swap2(int* px, int *py)
{int tmp = *px;*px = *py;*py = tmp;
}
int main()
{int a = 1;int b = 3;printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);Swap2(&a, &b);printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);return 0;
}

我们再次运行代码终于显示a和b完成了交换。我们可以看到实现成Swap2的⽅式，顺利完成了任务，这⾥调⽤Swap2函数的时候是将变量的地址传递给了函数，这种函数调⽤⽅式叫：传址调⽤。

我们再次调试起来发现px存储的是a的地址，py存储的是b的地址，当我们解引用操作就相当于间接对a和b进行操作。

传址调⽤，可以让函数和主调函数之间建⽴真正的联系，在函数内部可以修改主调函数中的变量；所以未来函数中只是需要主调函数中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。

总结：

①如果需要被改动，则需要传递指向这个参数的指针。

②如果不用被改动，可以直接传递这个参数。

大家一定要搞清这个点，因为后续的内容也会涉及到，特别特别重要！

指针和数组

特殊情况

我们先来看下面这段代码

我们发现数组名和数组⾸元素的地址打印出的结果⼀模⼀样，所以数组名就是数组⾸元素(第⼀个元素)的地址。

但是有两种情况数组名代表的不是数组首元素的地址。

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("%d\n", sizeof(arr));return 0;
}

输出的结果是：40，如果arr是数组⾸元素的地址，那输出应该的应该是4/8才对。

① sizeof(数组名)，sizeof中单独放数组名，这⾥的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，这⾥的数组名表⽰整个数组，取出的是整个数组的地址（整个数组的地址和数组⾸元素的地址是有区别的）

除此之外，任何地⽅使⽤数组名，数组名都表⽰⾸元素的地址。

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);printf("arr = %p\n", arr);printf("&arr = %p\n", &arr);return 0;
}

大家运行这段代码会发现，三个打印结果⼀模⼀样，但我刚刚不是说代表的整个数组的地址吗，我们接着往下看

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);printf("&arr[0]+1 = %p\n", &arr[0] + 1);printf("arr = %p\n", arr);printf("arr+1 = %p\n", arr + 1);printf("&arr = %p\n", &arr);printf("&arr+1 = %p\n", &arr + 1);return 0;
}

输出结果：
&arr[0] = 0077F820
&arr[0]+1 = 0077F824
arr = 0077F820
arr+1 = 0077F824
&arr = 0077F820
&arr+1 = 0077F848

这⾥我们发现&arr[0]和&arr[0]+1相差4个字节，arr和arr+1 相差4个字节，是因为&arr[0] 和 arr 都是⾸元素的地址，+1就是跳过⼀个元素。但是&arr 和 &arr+1相差40个字节，这就是因为&arr是数组的地址，+1 操作是跳过整个数组的。

想必⼤家应该搞清楚数组名的意义了。

指针访问

通过代码运行的结果可以发现 p+i 其实计算的是数组 arr 下标为i的地址。那么我们就可以直接通过指针来访问数组。

#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 sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", *(p + i));}return 0;
}

另外要提一点就是

① arr[i]等价于*(arr+i)

① arri等价于((arr+i)+j)

指针数组

指针数组是指针还是数组？我们类⽐⼀下，整型数组，是存放整型的数组，字符数组是存放字符的数组。那指针数组呢？那不就是存放指针的数组。

指针数组的每个元素是地址，⼜可以指向⼀块区域。

模拟⼆维数组

#include <stdio.h>
int main()
{int arr1[] = { 1,2,3,4,5 };int arr2[] = { 2,3,4,5,6 };int arr3[] = { 3,4,5,6,7 };//数组名是数组⾸元素的地址，类型是int*的，就可以存放在parr数组中int* parr[3] = { arr1, arr2, arr3 };int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < 3; i++){for (j = 0; j < 5; j++){printf("%d ", parr[i][j]);}printf("\n");}return 0;
}

parr[i]是访问parr数组的元素，parr[i]找到的数组元素指向了整型⼀维数组，parri就是整型⼀维数组中的元素。

虽然上面的代码模拟出⼆维数组的效果，但实际上并⾮完全是⼆维数组，因为每⼀⾏并⾮是连续的。

 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？这时候就需要借助二级指针了。

对于⼆级指针的运算有：

① *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;

② **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;