指针的定义--应用场景

1 指针的本质

1.1-指针的定义

1. 如果在程序中定义了一个变量，那么在对程序进行编译时，系统就会给这个变量分配内存单元。在C语言中，指针变量是一种特殊的变量，它用来存放变量地址。指针变量的定义格式如下：基类型 *指针变量名。
   另外注意：指针变量加1后，偏移的长度是其基类型的长度，例如int *p; ,整型指针变量p，p+1是偏移sizeof(int)。
2. 按变量地址存取变量值的方式称为直接访问，如printf("%d\n", i); scanf("%d", &i);等。
3. 将变量i的地址存放到另一个变量中，这一种存取变量值的方式称为间接访问。
4. 指针与指针变量是两个概念，一个变量的地址称为该变量的“指针”。如果有一个变量专门用来存放另一个变量的地址（即指针），那么称它为“指针变量”。

1.2-取地址操作符与取值操作符

• 取地址操作符为&，也称引用，通过该操作符我们可以获取一个变量的地址值。
• 取值操作符为*，也称解引用，通过该操作符我们可以得到一个地址对应的数据。

#include <stdio.h>
 
int main()
{
  int i = 10;
 
  int *p;  //p就是一个指针变量，p可以用来存储地址，类型是整型指针
  p = &i;  //初始化赋值
  printf("i=%d\n",i); //直接访问
  printf("*p=%d\n",*p);//间接访问
}

2 指针的使用场景

指针的使用场景只有两个，即传递和偏移，记住只有在这两种场景下使用指针。

2.1-指针的传递

• C语言的函数调用均为值传递，所以为了能够在子函数中修改main函数内某个变量的值，可以传递该变量的地址。

2.2-指针的偏移

#include <stdio.h>
 
int main()
{
	int a[5] = { 1,2,3,4,5 };
 
	int* p;//对一个指针变量进行取值，得到的类型是其基类型
	p = a;
	printf("*p=%d\n", *p);
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		printf("%d\n", *(p + i));
	}
	return 0;
}

指针变量加1后，偏移的长度是其基类型的长度，如上述例子中，(p+0)即a[0]，(p+1)即a[1]，加括号是为了运算符的优先级原因。

2.3-指针与自增、自减运算符

• 当遇到后增++运算符时，就要分两步来看。第一步是暂时忽略++操作。例如int *p; int j=*p++;，先看j = *p。第二步是对p进行++操作。这里注意是对p进行++操作，因为*操作符和++操作符的优先级相同，只有比++优先级更高的操作符才会当成一个整体，比如()、[]。

2.4-指针与一维数组

• 当数组名作为实参传递给子函数时，是弱化为指针的。一维数组的数组名中存储的是数组的首地址，所以传递到子函数时，高手形参写的是char *d而不是char d[]，因为更符合C语言值传递的原理，并且能少打一个字符。

#include <stdio.h>
 
//数组名作为实参传递给子函数时，是弱化为指针的
//练习传递与偏移
void change(char *d)
{
	*d = 'H';
	d[1] = 'E';
	*(d + 2) = 'L';
}
int main()
{
	char c[10] = "hello";
	change(c);
	puts(c);
	return 0;
}

2.5-指针与动态内存申请

2.5.1-动态内存申请

• C语言的数组长度固定是因为其定义的整型、浮点型、字符型变量、数组变量都在栈空间中，而栈空间的大小在编译时是确定的，如果使用的空间大小不确定，那么就要使用堆空间，如下所示。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
 
//动态内存申请，用于使用的空间不确定时，堆空间
int main()
{
    int i;
    scanf("%d", &i);
    char *p;
 
    p = (char*)malloc(i);   //注意：赋值的两边类型要保持一致
    //char *p="hello";    等价于把字符串型常量"hello"的首地址赋给p
    //char c[10]="hello";    等价于strcpy(c,"hello");
    strcpy(p,"malloc success");
    puts(p);
 
    free(p); //堆空间必须手动free
    printf("free success\n");
 
    return 0;
}

• 通过单步调试，在free(p);之前设置断点，可以看到free函数执行之后，p的值并没有改变，仍然是堆空间的这个地址，但是空间中的值被清空了。这时，p指针被称为野指针，为后续代码执行正确，最好加上p = NULL;，把p的值清空。
• 首先看malloc函数。在执行#include <stdlib.h> void* malloc(size_t size);时，需要给malloc传递的参数是一个整型变量，因为这里的size_t即为int；返回值为void*类型的指针，因为malloc并不知道我们申请的空间用来存放什么类型的数据，所以确定要用来存储什么类型的数据后，都会将void*强制转换为对应的类型。
• void和void*的区别：void表示什么都不返回，void*表示一个空指针，用来存储一个地址，可强制转换为对应类型。
• 栈空间由系统自动管理，而堆空间的申请和释放需要自行管理，所以在具体例子中需要通过free函数释放堆空间。free函数的头文件及格式为

#include <stdlib.h>
void free(void *ptr);

• 其传入的参数是void类型的指针，任何指针均可自动转为void*类型指针，所以我们把p传递给free函数时，不需要强制类型转换。
• p的地址值必须是malloc当时返回的地址值，不能进行偏移，也就是在malloc和free之间不能进行p++等改变变量p的操作，原因是申请一段堆内存空间时，内核帮我们记录的是起始地址和大小，所以释放时内核用对应的首地址进行匹配，匹配不上时，进程就会崩溃。如果需要偏移，那么可以定义两个指针变量解决，赋值然后偏移。

2.5.2-栈空间与堆空间的差异

• print_stack()子函数中的字符串存放在栈空间中，函数执行结束后，栈空间会被释放，字符数组c的原有空间已被分配给其他函数使用，所以从子函数返回后，再打印就会出现打印乱码。而print_malloc()函数中的字符串存放在堆空间中，并不会因为子函数返回而释放，只有在执行free函数才会释放，否则在进程执行期间一直有效。