从零开始C语言精讲篇5：指针

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一、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。

我们的内存是类型下图这样的空间：

我们在使用的过程中，把内存划分成一个个小的字节，每个字节称为一个内存单元。我们给每个内存单元进行编号，每个编号唯一对应一个内存单元。类似身份证，每人一个身份证，我有这个身份证就可以唯一确定你这个人。这里也是类似的，地址指向了一个确定的内存空间，所以地址也被形象的被称为指针。

举个例子：

int main()
{
    
	int a = 10;
	int* pa = &a;
	return 0;
}

int* pa=&a，也就是pa里面放的a的地址（指针），pa是（整形）指针变量，它是用来存放指针的

二、指针和指针类型

int main()
{
    
	int a = 0x11223344;//0x表示16进制
	//一位16进制对应四位2进制：2*2*2*2=16
	//我们这里a一共8位16进制，也就是正好把32位2进制占满了（8*4=32）
	int* pa = &a;
	*pa = 0;
	return 0;
}

我们按f10进行调试，监视一下，可以看到我们pa里面存放的就是a的地址

监视一下内存，可以看到，我们内存中经过代码pa = 0; 32位是全部变成了0
ps:下图中我们是16进制一共8位，对应2进制32位

经过pa = 0;赋值后

那么问题来了，我们之前说过，32位下指针大小都是4字节，64位下指针大小都是8字节。
假如我们都在32位下，我能否用char*来接收这个int型的地址（指针）呢？

我们仅把上面代码中的int * 改成 char * 来测试一下

可以看到放进去是没有问题的，但是如果要对内容修改呢？

经过*pa = 0;赋值后

为什么我这里只改动了一个字节呢？因为我是char * 的指针，我只负责我指向地址开始往后的1个字节。同理，如果我是int * 的指针，我只负责我指向地址开始往后的4个字节。

指针类型的意义1：指针类型决定了指针解引用操作的时候，一次访问几个字节（访问内存的大小）

由于这个性质，我们来看看下面这个题目

int main()
{
    
	int a = 10;
	int* pa = &a;
	char* pa2 = &a;

	printf("%p\n", pa);
	printf("%p\n", pa2);

	printf("%p\n", pa+1);
	printf("%p\n", pa2+1);
	return 0;
}

可以看到，我们的pa虽然和pa2都是一个地址，但是当他们加1的时候，就受到了指针类型的管控。char * 指针+1只会跳1个字节，而int * 的指针+1则会跳4个字节。

指针类型的意义2：指针类型决定了指针±整数时的步长（跳过几个字节）

三、野指针

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）

3.1野指针成因

1. 指针未初始化

int main()
{
    
	int* p;//没有初始化
	*p = 20;
	return 0;
}

如果你没有初始化p，那么指针p里面放的是随机的地址，你*p=20是想把随机地址里面的值改成20。但是我们这个随机地址是不属于我们当前程序的，就会造成非法访问，p就是野指针。

2. 指针越界访问

int main()
{
    
	int arr[10] = 0;
	int i = 0;
	int*p = arr;
	for (int i = 0;i <= 10;i++)
	{
    //数组元素下标是0-9，你如果访问了10，这个是不属于我们的空间
		//这就是越界访问
		*p = i;
		p++;
	}
	return 0;
}

3. 指针指向的空间释放
这个知识点笔者会在后面的动态内存释放进行详细讲解，这里简单提一下

int* test()//指针作为函数返回值
{
    
	int a = 10;
	return &a;
}
int main()
{
    
	int* p = test();
	printf("%d",*p);
	return 0;
}

我们在main函数里调用test函数，test函数返回a的地址。
需要注意的是，一旦返回了a的地址，test函数结束，a的生命周期也结束了
也就是说，a所在的空间返还给了操作系统。那么你在main函数中通过p再访问a之前的地址，这就是非法访问了。

打个比方：你和你好朋友出去旅游，然后你们开了一间房。在使用期内，你们想在房间里干啥都行。但是房间到期后，你再访问，旅店要告你的。

3.2规避野指针的方法

1. 指针初始化
2. 小心指针越界
3. 指针指向空间释放即使置NULL
4. 指针使用之前检查有效性

示例如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
    
    int *p = NULL;//不知该该指向哪里，可以先初始化为NULL
    //....
    int a = 10;
    p = &a;//明确地初始化
    if(p != NULL)
   {
    
        *p = 20;
   }
    return 0;
}

四、指针运算

4.1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;
}

上面这段代码啥意思，请看下图的解释

我们在for循环中判断vp指向的地址是否小于&values[N_VALUES]
ps:地址本质是一个16进制数，可以用来比较

发现vp指向的地址小于&values[N_VALUES]，我们就进行 *vp++，
需要注意的是，++的优先级是高于 * 的，所以我们本应先进行++再 *，
但我们这里是后置++也就是说vp在本轮还是指向数组0下标元素，然后 * 解引用赋值为0，

vp因为++了，所以指向了数组1下标元素

然后重复for循环，后面的都一样了，就是把数组元素赋为0，然后vp++直到vp指向3停止
（vp < &values[4]）

4.2指针-指针

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

指针-指针，得到的数字的绝对值，是指针之间元素的个数

注：肯定有一些杠精会问：“啊，你这个是两个相同类型的指针啊，如一个char类型指针-int类型呢？”

int main()
{
    
	int arr[10] = {
     1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	char brr[10] = {
     0 };
	printf("%d\n", &arr[9] - &brr[2]);
	return 0;
}

像上面这种代码，你自己想想有多亏贼？
首先你两个地址都是随机的，你怎么知道两个随机地址之间隔了多远？
还有一个问题就是，你两个不同类型指针，到时候划分元素个数是按1字节来化还是4字节来化？

指针-指针的前提：两个指针指向同一空间（比如指向同一数组）

具体应用实例：求字符串长度
法一：使用库函数strlen

//求字符串长度
//法一：使用库函数strlen
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
    
	char arr[] = "abcdef";
	int len = strlen(arr);
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

法二：使用指针

int my_strlen(char* p)
{
    
	int count = 0;
	while (*p != '\0')//字符串末尾都是默认有一个\0
	{
    
		count++;
		p++;
	}
	return count;
}
int main()
{
    
	char arr[] = "abcdef";
	int len = my_strlen(arr);
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

法三：使用指针-指针

int my_strlen(char* p)
{
    
	char* tmp = p;//标记arr[0]的位置
	while (*p != '\0')//字符串末尾都是默认有一个\0
	{
    
		p++;
	}//走完while，p指向arr的末尾元素
	int count = p - tmp;
	return count;
}
int main()
{
    
	char arr[] = "abcdef";
	int len = my_strlen(arr);
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

五、指针和数组

区别：
数组是一块连续的空间，里面放的是相同类型的元素。
数组大小和元素类型，元素个数有关系，比如int arr[10]，该数组大小=4*10

指针是一个变量，里面存放地址
指针变量的大小是4/8byte，这个取决于是32位系统还是64位

联系：
数组每个内存单元都有自己的内存地址，而我们指针可以存放这些地址

重点！！！：数组名是什么？

#include <stdio.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;
}

可见数组名和数组首元素的地址是一样的。
这里的一样，不仅仅是数值上，是各种意义上！
ps:数组名确实是首元素地址，但是有两个例外
1.sizeof(数组名)，这里的数组名表示的是整个数组
2.&数组名，这里的数组名也是整个数组，&数组名表示整个数组的地址

#include <stdio.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]);
	printf("%p\n", &arr);
	printf("---------我是分界线----------\n");
	printf("%p\n", arr+1);//地址+4，跳过1个int型
	printf("%p\n", &arr[0]+1);//地址+4，跳过1个int型
	printf("%p\n", &arr+1);//地址+40，跳过一个数组int arr[40]
	return 0;
}

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数组元素就成为可能。

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

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？ 这就是 二级指针 。

int main()
{
    
	int a = 10;
	int* pa = &a;//pa里面放的是a的地址
	int** ppa = &pa;//ppa里面放的是pa的地址
	return 0;
}

示意图如下：

对于二级指针，我们也是可以解引用的
*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;

当然了，你也可以无限套娃，就会有三级指针、四级指针。。。

七、指针数组

指针数组是指针还是数组？
这个问题你就想，好男孩，好男孩的本质是男孩啊
指针数组本质还是数组

举个例子：

int main()
{
    
	int arr1[5];//整形数组，存放整形的数组就是整形数组
	char arr2[3];//字符数组，存放字符的数组就是字符数组

	//指针数组，存放指针的数组就是指针数组
	int* parr[5];//整形指针数组
	char* pbrr[4];//字符指针数组
	return 0;
}

示意图如下

应用实例：

int main()
{
    
	int a = 123;
	int b = 213;
	int c = 312;
	int* arr[3] = {
     &a,&b,&c };

	for (int i = 0;i < 3;i++)
	{
    
		printf("%d\n", *arr[i]);
		//arr[i]是一个元素地址，*arr[i]对该地址解引用，得到地址指向的元素
	}
	return 0;
}

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总结

本文介绍了指针和指针类型（着重掌握）、野指针及其成因、指针运算、指针数组等相关知识。作为C语言的大头，指针这块知识必须要拿下，最后祝读者学业有成，奥利给！