C指针

　　

　　计算机中所有的数据都必须放在内存中，以二进制的形式存储在内存中，才能被CPU所使用。不同类型的数据占用的字节数不一样，为了正确地访问这些数据，必须为每个字节都编上号码。将内存中字节的编号称为地址（Address）或指针（Pointer）。地址从 0 开始依次增加，对于 32 位环境，程序能够使用的内存为 4GB，最小的地址为 0，最大的地址为 0XFFFFFFFF。

　　计算机无法从格式上区分某块内存到底存储的是数据还是代码。当程序被加载到内存后，操作系统会给不同的内存块指定不同的权限，权限中包含执行权限的内存块就是代码，否则是数据。

　　CPU 只能通过地址来取得内存中的代码和数据，程序在执行过程中会告知 CPU 要执行的代码以及要读写的数据的地址。如果程序不小心出错，或者开发者有意为之，在 CPU 要写入数据时给它一个代码区域的地址，就会发生内存访问错误。这种内存访问错误会被硬件和操作系统拦截，强制程序崩溃，程序员没有挽救的机会。CPU 访问内存时需要的是地址，而不是变量名和函数名！变量名和函数名只是地址的一种助记符，当源文件被编译和链接成可执行程序后，它们都会被替换成地址。编译和链接过程的一项重要任务就是找到这些名称所对应的地址。

1、指针变量

　　若果一个变量存储了一份数据的指针，我们就称它为指针变量，指针变量的值就是某份数据的地址。

1.1 定义

　　定义指针变量和定义普通变量类似，不过需要在变量名前加*号。*表示其实一个指针变量，类型表示该指针变量所指向的数据的类型 。指针变量也可以被多次写入，随时都能够改变指针变量的值。定义指针变量时必须带*，给指针变量赋值时不能带*。指针变量也可以连续定义，但是要注意每个变量前面都要带*。

1.2 取值

　　指针变量存储了数据的地址，通过指针变量能够获得该地址上的数据，格式为：*pointer;  *在此处称为指针运算符，用来取得某个地址上的数据。普通变量只需一次即可取到数据，指针变量需要2次，因为其内存中存的是地址，还需要根据地址去取数据，即使用指针是间接获取数据，使用变量名是直接获取数据，前者比后者的代价要高。

　　*在不同的场景下有不同的作用：*可以用在指针变量的定义中，表明这是一个指针变量，以和普通变量区分开；使用指针变量时在前面加*表示获取指针指向的数据，或者说表示的是指针指向的数据本身。指针变量定义时初始化，可使用*pointer取得数据，给指针变量本身赋值时不能加*。

1.2.1 关于*和&

若有一个 int 类型的变量 a，pa 是指向它的指针，即int a = 12;int* pa = &a;那么*&a和&*pa的含义是：

　　*&a可以理解为*(&a)，&a表示取变量 a 的地址（等价于 pa），*(&a)表示取这个地址上的数据（等价于 *pa），即*&a仍然等价于 a。
　　&*pa可以理解为&(*pa)，*pa表示取得 pa 指向的数据（等价于 a），&(*pa)表示数据的地址（等价于 &a），所以&*pa等价于 pa。

1.2.2 指针变量的运算

　　对于指向普通变量的指针，我们往往不进行加减运算，虽然编译器并不会报错，但这样做没有意义，因为没有规定变量的存储方式，如果连续定义多个变量，它们有可能是挨着的，也有可能是分散的，这取决于变量的类型、编译器的实现以及具体的编译模式，这样也就不知道在这个变量地址的后面是否有数据。因此不要尝试通过指针获取下一个变量的地址，如*(p+i)，获取到的数据有可能并不知道你想要的的。

　　当对指针变量进行比较运算时，比较的是指针变量本身的值，也就是数据的地址。如果地址相等，那么两个指针就指向同一份数据，否则就指向不同的数据。最后对于普通变量而言，最好不要对指针变量进行乘法、除法、取余等其他运算，除了会发生语法错误，也没有实际的含义。

2、数组指针

　　定义数组时，要给出数组名和数组长度，数组名可以认为是一个指针，它指向数组的第 0 个元素。数组名和数组首地址并不总是等价，可以说“被转换成了一个指针”。对于数组而言，可以直接将数组名赋值给指针变量 。若一个指针指向了数组，就称它为数组指针（Array Pointer）。数组指针指向的是数组中的一个具体元素，而不是整个数组，所以数组指针的类型和数组元素的类型有关。

int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };
int *p = arr;

　　数组指针可以使用两种方法来访问数组元素，一种是使用下标，另外一种是使用指针。不同的是，数组名是常量，它的值不能改变，而数组指针是变量（除非特别指明它是常量），它的值可以任意改变。也就是说，数组名只能指向数组的开头，而数组指针可以先指向数组开头，再指向其他元素。

2.1 数组指针使用含义

若p 是指向数组 arr 中第 n 个元素的指针， *p++、*++p、(*p)++ 的含义是：

　　*p++ 等价于 *(p++)，表示先取得第 n 个元素的值，再将 p 指向下一个元素。
　　*++p 等价于 *(++p)，会先进行 ++p 运算，使得 p 的值增加，指向下一个元素，整体上相当于 *(p+1)，所以会获得第 n+1 个数组元素的值。
　　(*p)++ ，会先取得第 n 个元素的值，再对该元素的值加 1。假设 p 指向第 0  个元素，并且第 0 个元素的值为 99，执行完该语句后，第 0  个元素的值就会变为 100。

3、指针数组

　　若一个数组中的所有元素保存的都是指针，那么我们就称它为指针数组。指针数组的定义形式一般为：

　　　　　　dataType *arrayName[length];

[ ]的优先级高于*，该定义形式应该理解为：

　　　　　　dataType *(arrayName[length]);

若存放的是字符串，需要注意的是：字符数组 str 中存放的是字符串的首地址，不是字符串本身，字符串本身位于其他的内存区域，和字符数组是分开的。

4、二维数组指针

int (*p)[4] = a;

　　括号中的*表明 p 是一个指针，它指向一个数组，数组的类型为int [4]，这正是 a 所包含的每个一维数组的类型。[ ]的优先级高于*，( )是必须要加的，否则就是指针数组。对指针进行加法（减法）运算时，它前进（后退）的步长与它指向的数据类型有关，p 指向的数据类型是int [4]。p+1就是前进 4×4 = 16 个字节。

　　根据定义可以知道：p指向数组 a 的开头，也即第 0 行；p+1前进一行，指向第 1 行；*(p+1)表示取地址上的数据，也就是整个第 1 行数据。

4.1 表达式含义

　　*(p+1)+1表示第 1 行第 1 个元素的地址：*(p+1)单独使用时表示的是第 1 行数据，放在表达式中会被转换为第 1 行数据的首地址，也就是第 1 行第 0 个元素的地址，因为使用整行数据没有实际的含义，编译器遇到这种情况都会转换为指向该行第 0 个元素的指针。

　　*(*(p+1)+1)表示第 1 行第 1 个元素的值：*(p+1)+1表示第 1 行第 1 个元素的地址，加上*表示取地址中的值。

可知：

a+i == p+i
a[i] == p[i] == *(a+i) == *(p+i)
a[i][j] == p[i][j] == *(a[i]+j) == *(p[i]+j) == *(*(a+i)+j) == *(*(p+i)+j)

4.2 指针数组和二维数组指针的区别

定义如下：

int *(p1[5]);  //指针数组，可以去掉括号直接写作 int *p1[5];
int (*p2)[5];  //二维数组指针，不能去掉括号

　　指针数组是一个数组，只是每个元素保存的都是指针。二维数组指针是一个指针，它指向一个二维数组。

5、字符串指针

　　2种方法：定义字符串数组，再赋值给指针变量；直接使用一个指针指向字符串。

  //使用*(str+i)
    for(i=0; i<len; i++){
        printf("%c", *(str+i));
    }
    printf("\n");
    //使用str[i]
    for(i=0; i<len; i++){
        printf("%c", str[i]);
    }

　　使用指针变量输出字符串和下标输出的区别：在内存中的存储区域不一样，字符数组存储在全局数据区或栈区，第二种形式的字符串存储在常量区。全局数据区和栈区的字符串（也包括其他数据）有读取和写入的权限，而常量区的字符串（也包括其他数据）只有读取权限，没有写入权限。内存权限的不同导致的一个明显结果就是，字符数组在定义后可以读取和修改每个字符，而对于第二种形式的字符串，一旦被定义后就只能读取不能修改，任何对它的赋值都是错误的。

6、指针变量作为函数参数

　　用指针变量作函数参数可以将函数外部的地址传递到函数内部，使得在函数内部可以操作函数外部的数据，并且这些数据不会随着函数的结束而被销毁。

max(int *intArr, int len)

　　数组是一系列数据的集合，无法通过参数将它们一次性传递到函数内部，如果希望在函数内部操作数组，必须传递数组指针。参数的传递本质上是一次赋值的过程，赋值就是对内存进行拷贝。所谓内存拷贝，是指将一块内存上的数据复制到另一块内存上。但数组是一系列数据的集合，数据的数量没有限制，可能很少，也可能成千上万，对它们进行内存拷贝有可能是一个漫长的过程，会严重拖慢程序的效率。需要强调的是：不管使用哪种方式传递数组，都不能在函数内部求得数组长度，因为 intArr 仅仅是一个指针，而不是真正的数组，所以必须要额外增加一个参数来传递数组长度。

7、指针作为函数返回值

　　允许函数的返回值是一个指针（地址），这样的函数称为指针函数。用指针作为函数返回值时需要注意的一点是，函数运行结束后会销毁在它内部定义的所有局部数据，包括局部变量、局部数组和形式参数，函数返回的指针请尽量不要指向这些数据，C语言没有任何机制来保证这些数据会一直有效，它们在后续使用过程中可能会引发运行时错误。也就是所谓的销毁并不是将局部数据所占用的内存全部抹掉，而是程序放弃对它的使用权限，弃之不理，后面的代码可以随意使用这块内存。

8、函数指针

　　函数指针的定义形式为：returnType (*pointerName)(param list);

　　注意( )的优先级高于*，第一个括号不能省略，如果写作returnType *pointerName(param list);就成了函数原型，它表明函数的返回值类型为returnType *。

8.1 使用指针实现对函数的调用

    //定义函数指针    max是一个函数
    int (*pmax)(int, int) = max;  //也可以写作int (*pmax)(int a, int b)
    ...
    maxval = (*pmax)(x, y);

　　pmax 是一个函数指针，在前面加 * 就表示对它指向的函数进行调用。注意( )的优先级高于*，第一个括号不能省略。

9、二级指针

　　若一个指针指向的是另外一个指针，我们就称它为二级指针，或者指向指针的指针。指针变量也是一种变量，也会占用存储空间，也可以使用&获取它的地址。获取指针指向的数据时，一级指针加一个*，二级指针加两个*，类推其他级别指针。

 int a =100;
    int *p1 = &a;
    int **p2 = &p1;
    int ***p3 = &p2;
    printf("%d, %d, %d, %d\n", a, *p1, **p2, ***p3);
    printf("&p2 = %#X, p3 = %#X\n", &p2, p3);
    printf("&p1 = %#X, p2 = %#X, *p3 = %#X\n", &p1, p2, *p3);
    printf(" &a = %#X, p1 = %#X, *p2 = %#X, **p3 = %#X\n", &a, p1, *p2, **p3);

以上每行输出的值是一样的，因为指向一样的地址。

 

 

 方框里面是变量本身的值，方框下面是变量的地址。

10、总结

　　程序在运行过程中需要的是数据和指令的地址，程序被编译和链接后，变量名、函数名等都会消失，取而代之的是它们对应的地址。

10.1 常见指针变量的定义

定  义	含  义
int *p;	p 可以指向 int 类型的数据，也可以指向类似 int arr[n] 的数组。
int **p;	p 为二级指针，指向 int * 类型的数据。
int *p[n];	p 为指针数组。[ ] 的优先级高于 *，所以应该理解为 int *(p[n]);
int (*p)[n];	p 为二维数组指针。
int *p();	p 是一个函数，它的返回值类型为 int *。
int (*p)();	p 是一个函数指针，指向原型为 int func() 的函数。

10.2 使用

　　1）指针变量可以进行加减运算，并不是简单的加上或减去一个整数，而是跟指针指向的数据类型有关

　　2）给指针变量赋值时，要将一份数据的地址赋给它，不能直接赋给一个整数

　　3）使用指针变量之前一定要初始化，对于暂时没有指向的指针，建议赋值NULL

　　4）两个指针变量可以相减。如果两个指针变量指向同一个数组中的某个元素，那么相减的结果就是两个指针之间相差的元素个数

　　5）数组也是有类型的，数组名的本意是表示一组类型相同的数据。在定义数组时，或者和 sizeof、& 运算符一起使用时数组名才表示整个数组，表达式中的数组名会被转换为一个指向数组的指针