【C语言】深入理解指针（1）

前言

（一）内存与地址

从实际生活出发

地址

内存

内存与地址关系密切

（二）指针变量

指针变量与取地址操作符

指针变量与解引用操作符

指针的大小

指针的运算

指针 +- 整数

指针-指针

指针的关系运算

指针的类型的意义

void* 指针

const修饰指针

野指针

野指针成因

如何规避野指针

前言

C语言是一种直接操作内存的编程语言，我们可以直接访问和操作计算机内存中的地址空间。

而C语言中存在的指针类型，指针指向的就是内存中的地址。我们可以通过指针来访问和修改内存中存储的数据。

因此，深入理解指针，并且理解内存，对于编写高质量的程序和调试程序故障都非常有帮助。

在理解指针之前，我们先引入内存与地址的概念：

（一）内存与地址

从实际生活出发

地址

从实际生活中的问题出发——假如你要去上课，但是学校里教学楼那么多，如果想要上课，就得挨个教室去找，这样当你找到上课的教室，估计也下课了。

在实际生活中，我们是如何解决找东西效率低这一问题呢？

——我们可以将东西排好序，提前熟悉它们的位置，甚至编好号。

我们将每栋教学楼的每一个房间一一编号，这样，你要去上课，只要有了楼号和房间号，就可以快速找到房间，找到教室。

于是，C语言借鉴生活中的实例，从而有了地址的概念。

内存

我们知道计算上CPU（中央处理器）在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放回内存中。

我们买电脑的时候，电脑上内存是8GB/16GB/32GB等，那这些内存空间如何高效的管理呢？

其实也是把内存划分为⼀个个的内存单元，每个内存单元的⼤⼩取1个字节。

一个字节有多大呢？

常见内存单位

1byte（字节） = 8bit

1KB = 1024byte

1MB = 1024KB

1GB = 1024MB

1TB = 1024GB

1PB = 1024TB

（一个内存单元的大小取为1字节是比较合适的，如果取得过大，那么计算机的内存就会小很多，如果过大，那么内存无法被高效利用）

内存与地址关系密切

每个内存单元也都有⼀个编号（这个编号就相当于教学楼的门牌号），有了这个内存单元的编号，CPU就可以快速找到⼀个内存空间。

生活中我们把门牌号也叫地址，在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。

C语⾔中给地址起了新的名字————指针

所以我们可以理解为：

内存单元的编号 == 地址 == 指针

（二）指针变量

指针变量与取地址操作符

我们对内存和地址有了初步的了解，我们再回到C语言，在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间：

#include <stdio.h>
int main()
{
 int a = 10;
 return 0;
}

⽐如，上述的代码就是创建了整型变量a，内存中申请4个字节，用于存放整数10，其中每个字节都有地址，上图中4个字节的地址分别是：

0x007DF784
0x007DF785
0x007DF786
0x007DF787

上图中，出现了一个陌生的操作符—— &（取地址操作符）

作用：取出变量的地址

比如，我们可以将a的地址放在pa中，并用%p 打印出来：

但是，我们发现打印出的只有一个地址，并且与第一次看到的a的地址不同！

原因在于：

1.每一次运行代码，编译器都会重新给变量分配内存空间，这也就解释了为什么第二次打印的地址与第一次不同。

2.同时虽然整型变量占用4个字节，我们只要知道了第⼀个字节地址，顺藤摸瓜访问到4个字节的数据也是可行的。

在上图中，又出现了一个陌生的操作符

指针变量与解引用操作符

我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值，如：0x006FFD70，这个数值有时候也是需要存储起来，⽅便后期再使用的，那我们把这样的地址值存放在哪里呢？

答案是：指针变量中。

我们可以通过创建一个指针变量，来存储变量的地址：

#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 100;
    int* pa = &a;
    *pa = 0;
}

*pa 的意思就是通过pa中存放的地址，找到指向的空间， *pa其实就是a.

于是，解引用操作符的作用就是通过地址找到对应的变量。

指针的大小

我们知道，32位机器假设有32根地址总线，每根地址线出来的电信号转换成数字信号后是1或者0，那我们把32根地址线产⽣的2进制序列当做⼀个地址，那么⼀个地址就是32个bit位，需要4 个字节才能存储。

如果是32位机器，那么指针的大小是4个字节。

如果是64位机器，指针的大小是8个字节。

int main()
{
 printf("%zd\n", sizeof(char *));
 printf("%zd\n", sizeof(short *));
 printf("%zd\n", sizeof(int *));
 printf("%zd\n", sizeof(double *));
 return 0;
}

如图，演示：

注意指针变量的大小和类型是无关的，只要指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的。

既然指针的大小与类型无关，那么指针类型存在的意义是什么？

在讨论这个问题之前，我们先引入指针的运算

指针的运算

指针的基本运算有三种，分别是：

• 指针+- 整数

• 指针-指针

• 指针的关系运算

指针 +- 整数

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

1.数组在内存中是连续存放的，只要知道第⼀个元素的地址，顺藤摸瓜就能找到后面的所有元素。

2.指针加减整数，表示跳过当前指针类型的元素的个数。

指针-指针

//指针-指针
#include <stdio.h>
int my_strlen(char *s)
{
 char *p = s;
 while(*p != '\0' )
 p++;
 return p-s;
}
int main()
{
 printf("%d\n", my_strlen("abc"));
 return 0;
}

1.图中实现的是strlen函数的模拟实现

2.指针-指针表示两个指针变量之间的元素的个数

指针的关系运算

//指针的关系运算
#include <stdio.h>
int main()
{
 int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
 int *p = &arr[0];
 int i = 0;
 int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
 while(p<arr+sz) //指针的⼤⼩⽐较
 {
 printf("%d ", *p);
 p++;
 }
 return 0;
}

1.指针的关系的比较，实际上就是地址大小的比较。

指针的类型的意义

1.指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（⼀次能操作几个字节）。

//代码2
#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* pc = (char*)&n;
	*pc = 0;
	return 0;

对于n的地址：

*pc = 0；之前

之后：

2.指针的类型决定了指针向前或者向后一步有多大（距离）。

#include <stdio.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;
}

我们可以看出， char* 类型的指针变量+1跳过1个字节， int* 类型的指针变量+1跳过了4个字节。这就是指针变量的类型差异带来的变化。

void* 指针

在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void* 类型的，可以理解为无具体类型的指针（或者叫泛型指针），这种类型的指针可以用来接受任意类型地址。但是也有局限性， void* 类型的指针不能直接进行指针的+-整数和解引用的运算。

const修饰指针

见详解

const修饰指针https://mp.csdn.net/mp_blog/creation/editor/134341320

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

2. 指针越界访问

3. 指针指向的空间释放

3的实例
#include <stdio.h>
int* test()
{
 int n = 100;
 return &n;
}
int main()
{
 int*p = test();
 printf("%d\n", *p);
 return 0;
}