C语言初阶之指针
C语言初阶之指针
前言
雄心志四海，万里望风尘。
一、指针和指针类型
指针是什么？
在计算机科学中，指针（Pointer）是编程语言中的一个对象，利用地址，它的值直接指向（points to）存在电脑存储器中另一个地方的值。由于通过地址能找到所需的变量单元，可以说，地址指向该变量单元。因此，将地址形象化的称为“指针”，意思是通过它能找到以它为地址的内存单元。
内存：
指针：
指针是个变量，存放内存单元的地址（编号）。
例：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
//在内存中开辟一块空间
//a占4个字节
int *p = &a;
//这里我们对变量a，取出它的地址，可以使用&操作符
//将a的地址存放在p变量中，p就是一个指针变量
//拿到的是a的4个字节中第一个字节的地址
return 0;
}
总结：指针就是变量，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）。
指针的大小:
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(2的32次方个地址)：
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000001
...
11111111 11111111 11111111 11111111
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，64位机器如果给64根地址线，能编址8G的空间。
注意：
- 指针是用来存放地址的，地址是唯一标示一块地址空间的。
- 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。
a. 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。
b. 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。
指针和指针类型
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？
char *pc = NULL;
int *pi = NULL;
short *ps = NULL;
long *pl = NULL;
float *pf = NULL;
double *pd = NULL;
由此可得，指针的定义方式是： type + *
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
例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int *pa;
char *pc;
float *pf;
printf("%d\n",sizeof(pa));
printf("%d\n",sizeof(pc));
printf("%d\n",sizeof(pf));
return 0;
}
指针类型的意义
1.指针类型决定了指针走一步能走多远（步长）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.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);
printf("%p\n", pi);
printf("%p\n", pi+1);
return 0;
}
2.指针类型决定了指针解引用的权限有多大（能操作几个字节）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int n = 0x11223344;
char *pc = (char *)&n;
int *pi = &n;
//重点在调试的过程中观察内存的变化
*pc = 0;
*pi = 0;
return 0;
}
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
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）
野指针成因
1.指针未初始化
#include <stdio.h>
#include <stdlib.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>
#include <stdlib.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
如何规避野指针
- 指针初始化
- 小心指针越界
- 指针指向空间释放即使置NULL
- 避免返回局部变量的地址
- 指针使用之前检查有效性
例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int *p = NULL;
//....
int a = 10;
p = &a;
if(p != NULL)
{
*p = 20;
}
return 0;
}
二、指针运算
指针+-整数
#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;
//指针+-整数；指针的关系运算
for (vp = &values[0];vp < &values[N_VALUES];)
{
*vp++ = 0;
}
指针-指针
int my_strlen(char *s)
{
char *p = s;
while(*p != '\0' )
p++;
return p-s;
}
指针的关系运算
一段代码：
for(vp = &values[N_VALUES]; vp > &values[0];)
{
*--vp = 0;
}
代码简化, 这将代码修改如下：
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。
指针和数组
数组名是什么？我们看一个例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
printf("%p\n", arr);
printf("%p\n", &arr[0]);
return 0;
}
由此可得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。
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
既然可以把数组名当成地址存放到一个指针中，我们使用指针来访问一个就成为可能。
例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.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;
for(i=0; i<sz; i++)
{
printf("&arr[%d] = %p <====> p+%d = %p\n", i, &arr[i], i, p+i);
}
return 0;
}
所以 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：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.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;
}
三、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？
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;
四、指针数组
指针数组就是存放指针的数组。
int arr1[5];//整型数组
char arr2[6];//字符型数组
int *arr3[5];
arr3是一个数组，有五个元素，每个元素是一个整形指针。
结尾
你只要相信自己所走的路，大步向前走就好，然后就那样成为一个能让别人带着笑容守望着的人吧。
