指针初阶（基础）

1.指针是什么

2.指针和指针类型

3.野指针

4.指针运算

5.指针和数组

6.二级指针

7.指针数组

1.指针是什么？

指针是什么？

指针理解的2个要点：

1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址

2. 平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量

总结：指针就是地址，口语中说的指针通常指的是指针变量。

那我们就可以这样理解：

内存

指针变量

我们可以通过&（取地址操作符）取出变量的地址，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就是一个之指针变量。
    return 0;
}

总结：

指针变量，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）。

那这里的问题是：

一个小的单元到底是多大？（1个字节） 如何编址？

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：

00000000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000001

…

11111111 11111111 11111111 11111111

这里就有2的32次方个地址。

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的空闲进行编址。

同样的方法，那64位机器，如果给64根地址线，那能编址2^34GB的空间。

这里我们就明白：

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。

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。

总结：

本质上指针就是地址。

口语中说的指针，其实是指针变量，指针变量就是一个变量，指针变量是用来存放地址的一个变量。

指针是用来存放地址的，地址是唯一标示一块内存空间的。

2.指针和指针类型

这里我们在讨论一下：指针的类型 我们都知道，变量有不同的类型，整形，浮点型等。那指针有没有类型呢？准确的说：有的。

当有这样的代码：

int num = 10;
p = #

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？ 我们给指针变量相应的类型。

int main()
{
    
    char *pc = NULL;
    int *pi = NULL;
    short *ps = NULL;
    long *pl = NULL;
    float *pf = NULL;
    double *pd = NULL;
	//sizeof 返回的值的类型是无符号整型 unsigned int
    //可以使用%u,但是最标准的是%zu
	printf("%zu\n", sizeof(pc));
    printf("%zu\n", sizeof(pi));
	printf("%zu\n", sizeof(ps));
	printf("%zu\n", sizeof(pd));
	return 0;
}

我们可以看出不同类型指针变量的大小是一样的，指针变量的大小取决于机器的平台，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。

这里可以看到，指针的定义方式是： type + * 。

其实：

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。

……

那指针类型的意义是什么？

2.1 指针±整数

#include <stdio.h>
//演示实例
int main()
{
    
    int a = 0x11223344;
	int*  pa = &a;
	char* pc = (char*)&a;
    
	printf("pa = %p\n", pa);
	printf("pa+1 = %p\n", pa+1);

	printf("pc = %p\n", pc);
	printf("pc+1 = %p\n", pc+1);
	return 0;
}

结论：
指针的类型决定了指针±1操作的时候，跳过几个字节

决定了指针的步长

**总结：**指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

2.2 指针的解引用

//演示实例
#include <stdio.h>
int main()
{
    
    int a = 0x11223344;
    int *pa = &a;
    *pa = 0;//重点在调试的过程中观察内存的变化。
    char *pc = (char)&a;
    *pc = 0;
    return 0;
}

结论：
指针类型决定了指针在被解引用的时候访问几个字节
如果是int* 的指针，解引用访问4个字节
如果是char* 的指针，解引用访问1个字节
推广到其他类型

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

比如： 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。

int main()
{
    
    int a = 0;
    int *pi = &a;
    float *pf = &a;
    *pi = 0;
    *pf = 0;
    return 0;
}

这里有个问题，pi解引用访问访问4个字节，pi+1也是跳过4个字节；pf解引用访问访问4个字节，pf+1也是跳过4个字节,有人可能会想

int* 和 float* 是不是可以通用？其实不可以，因为整形和浮点型在内存中的存储方式是不一样的。

3.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）

3.1 野指针成因

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;//非法访问内存，这里的p就是野指针
    return 0;
}

p没有初始化，就意味着没有明确的指向，一个局部变量不初始化的话，放的是随机值：0xcccccccc

2.指针越界访问

#include <stdio.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

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

这里，出test()函数，a的空间就被销毁（释放）了，这块空间还给操作系统了。但是p还保存着这块空间的地址，p仍然能够找到这块空间，但是p不能访问和使用这块空间。

3.2 如何规避野指针

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(空指针)

4. 避免返回局部变量的地址

5. 指针使用之前检查有效性

int main()
{
    
    int a = 10;
    int *p = &a;
    //NULL --> 0
    int *p2 = NULL;
    *p2 = 100;//不能访问
    int *p3 = NULL;
    if(p3 != NULL)
    {
    
        *p3 = 100;//ok
    }
    return 0;
}

int *test()
{
    
    int a = 10;
    return &a;
}
int main()
{
    
    int *p =test();
    if(p!= NULL)
    {
    
        printf("%d\n",*p);//10
        //值可能会变化
    }
    return 0;
}

4.指针运算

指针± 整数

指针-指针

指针的关系运算

4.1 指针±整数

#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;//野指针
//指针+-整数；指针的关系运算
for (vp = &values[0]; vp < &values[N_VALUES];)
{
    
    *vp++ = 0;
    //等价于 *vp = 0, vp++
}

4.2 指针-指针

int main()
{
    
    int arr[10] = {
    0};
    printf("%d\n",&arr[0] - &arr[9]);
    int ch[5] = {
    0};
    printf("%d\n",&ch[0] - &arr[5]);//error
    return 0;
}

指针-指针得到是指针和指针之间元素的个数

不是所有的指针都能相减，指向同一块空间的2个指针才能相减

//举例
int my_strlen(char* str)
{
    
	char* start = str;
	while (*str != '\0')
	{
    
		str++;
	}
	return (str - start);
}
int main()
{
    
	int len = my_strlen("abcdef");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

4.3 指针的关系运算

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;//倒着往回初始化
}

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。

5.指针和数组

我们看一个例子：

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

运行结果：

可见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。（2种情况除外，数组章节讲解了）

那么这样写代码是可行的：

int arr[10] = {
    1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
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。

例如：

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

运行结果：

所以 p+i其实计算的是数组 arr下标为i的地址。arr[i]—>*(arr+i)

那我们就可以直接通过指针来访问数组。

如下：

int main()
{
    
    int arr[] = {
    1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    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;
}

6.二级指针

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 。

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;

7.指针数组

指针数组是指针还是数组？

答案：是数组。是存放指针的数组。

数组我们已经知道整形数组，字符数组。

int arr1[5];

char arr2[6];

那指针数组是怎样的？

int* arr3[5]; //是什么？

arr3是一个数组，有五个元素，每个元素是一个整形指针。

int main()
{
    
    int a = 0;
    int b = 0;
    int c = 0;
    int arr[10];
    int *pa = &a;
    int *pb = &b;
    int *pc = &c;
    //parr就是存放指针的数组
    //指针数组
    int *parr[10] = {
    &a, &b, &c};
    int i = 0;
    for(i = 0;i < 3;i++)
    {
    
        printf("%d ",*(parr[i]));
    }
    return 0;
}

parr为指针数组的首元素地址，parr+i，指向了数组中下标为 i 的元素，* (parr+i)表示拿到了 指针数组 parr 下标为 i 的元素，假设 i =1，就意味着拿到了arr2这个元素，arr2为数组名，代表数组arr2的首元素地址。arr2+j 意味着指向了arr2数组中下标为 j 的元素，*(arr2+j)意味着拿到了下标为 j 的元素。所以 *( *(parr+i)+j)相当于访问了arr1,arr2,arr3三个数组中的所有元素。

在学习数组的时候我们知道 * ( * (parr+i)+j) == parr[i] [j]==*(parr + i) [j]