C语言 指针

C语言学习！

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前言

一、指针是什么？

二、指针变量的大小

三、指针和指针类型

四、指针和函数

五、野指针

5.1野指针成因

5.2 如何规避野指针

六、指针运算

6.1 指针+- 整数

6.2 指针-指针

6.3 指针的关系运算

总结

前言

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。

一、指针是什么？

1.1 指针变量

        整个内存空间是切割成一个个1byte（字节）大小的内存单元并编号来管理的，把内存单元的编号称为地址，地址也叫指针。存放指针（地址）的变量就是指针变量，通过指针变量里存放的地址，可以找到对应的内存单元。

        就好比一个人国家划分成许多省，每个省都有邮政编码，根据邮政编码可以找到对应地址的省，而指针变量就像是记录邮政编码的小本子。

  • 内存单元有编号，而这个编号其实就是地址，地址被称为指针。
  • 存放指针（地址）的变量就是指针变量。

  • 把内存单元的编号就称为指针。
  • 指针其实就是地址，地址就是编号。
  • 指针就是内存单元的编号。

        总结：指针就是地址，口语中说的指针通常指的是指针变量。

代码示例：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 10;//a是整型变量，占用四个字节的内存空间，存储10
	int* pa = &a;//pa是一个指针变量，用来存放地址的
	
	return 0;
}

调试窗口：

        a变量里存放着10，a的地址是0x008ffd80，&a的意思是取得a的地址，运算符&的功能就是取得对象的地址。pa变量中存放的是a的地址0x008ffd80，而pa前面的int表示p指向的对象是int类型的，*说明p是指针变量。

        这里注意：int 整形变量占4个字节的内存，&a取出的是a所占4个字节的第一个字节的地址存放在pa变量中，pa指针变量中存的就是a的首地址。

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）

1.2 取地址运算符和间接寻址运算符

        C语言为指针的使用提供了一对运算符。为了找到变量的地址，可以使用 & 取地址运算符。如果 a 是变量，那么 &a 就是 a 在内存中的地址。为了获得对指针所指向对象的访问，可以使用 * 间接寻址运算符。如果 p 是指针，那么 *p 表示 p 当前指向的对象。

        只要 p 指向 a ，*p 就是 a 的别名。

代码示例：

#include <stdio.h>

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

	return 0;
}

运行结果：

        *为解引用操作符，*p意思就是通过p中存放的地址，找到p所指向的对象（此时*p就是a）

&a：找到a的地址；*p找回对象a。

二、指针变量的大小

指针的大小是由硬件机器决定的：

        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。

        在64位的机器上，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：

  • 指针变量是用来存放地址的，地址是唯一标示一个内存单元的。
  • 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。

代码示例：

#include <stdio.h>
int main()
{
	char* pc = NULL;
	short* ps = NULL;
	int* pi = NULL;
	double* pd = NULL;

	printf("%zu\n", sizeof(pc));
	printf("%zu\n", sizeof(ps));
	printf("%zu\n", sizeof(pi));
	printf("%zu\n", sizeof(pd));

	return 0;
}

运行结果：

4
4
4
4

        不管什么类型的指针都是在创建指针变量，指针变量是用来存放地址的。指针变量的大小取决于一个地址存放的时候需要多大空间。

三、指针和指针类型

        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。

代码示例1：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	int* pa = &a;
	*pa = 0;

	return 0;
}

调试窗口：

代码示例2：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	char* pa = &a;
	*pa = 0;

	return 0;
}

调试窗口：

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。

  • int*的指针，解引用访问4个字节
  • char*的指针，解引用访问1个字节

代码示例：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	int* pa = &a;
	char* pc = &a;

	printf("pa=%p\n", pa);
	printf("pa+1=%p\n", pa+1);

	printf("pc=%p\n", pa);
	printf("pc+1=%p\n", pc+1);


	return 0;
}

运行结果：

pa=008FF774
pa+1=008FF778
pc=008FF774
pc+1=008FF775

结论：

  • 指针类型决定了指针+1或-1操作的时候，跳过几个字节。
  • 指针的类型决定了指针的步长。

代码示例1：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 0;
	int* pi = &a;
	float* pf = &a;
	*pi = 100;

	return 0;
}

调试窗口：

代码示例2：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 0;
	int* pi = &a;
	float* pf = &a;
	*pf = 100.0;

	return 0;
}

调试窗口：

int* 和 float* 不能通用

  • pi 解引用访问4个字节，pi+1 也是跳过4个字节。
  • pf 解引用访问4个字节，pf+1 也是跳过4个字节。

        但整型数字和浮点型小数在内存中的存储方式不同，所以在监视内存中的结果也不同，也论证 int* 和 float* 不能通用。

四、指针和函数

        指针的一个重要作用就是作为函数参数使用。

代码示例：

#include <stdio.h>

void text(int* y)
{
	*y = 20;
}
int main()
{
	int a = 0;
	text(&a);
	printf("a=%d", a);
	return 0;
}

运行结果：

a=20

        通过函数调用表达式 text(&a) ，调用函数 text 时， text 函数中形参 y 被声明为指向 int 型变量的指针变量。函数被调用时，将 &a 复制到 y 中，指针 y 便指向了a。

        由于在指针前加上指针运算符 * ，就可以显示该指针指向的对象。因此 *y 时 a 的别名。对 *y 赋值，也就是对 a 赋值，所以即使从 text 函数返回 main 函数，a 中保存的依然是180。

        若要在函数中修改变量的值，就需要传入指向该变量的指针，即告诉程序：传入的是指针，请对该指针指向的对象进行处理。

        只要在被调用的函数里的指针前写上指针运算符 * ，就能间接地处理该指针指向的对象。这也是 * 运算符又被称为间接访问运算符的原因。另外，通过在指针前写上指针运算符 * 来访问该指针指向的对象，称为解引用。

        这里可以对照函数的传址调用加深理解 C语言 函数-CSDN博客

计算和与乘积

代码示例：

#include <stdio.h>

void sum_mul(int x, int y, int* Sum, int* Mul)
{
	*Sum = x + y;
	*Mul = x * y;
}
int main()
{
	int a = 3;
	int b = 6;
	int sum = 0;
	int mul = 0;
	sum_mul(a, b, &sum, &mul);
	printf("sum=%d\n", sum);
	printf("mul=%d\n", mul);
	return 0;
}

运行结果：

sum=9
mul=18

        调用函数 sum_mul 时，会将 sum 和 mul 的地址复制给形参 Sum 和 Mul 。因此 *Sum 就是 sum 的别名，*Mul 就是 mul 的别名。在函数体中，将求得的和赋值给 *Sum，将求得的乘积赋值给 *Mul 这就相当于给 sum 和 mul 进行赋值，因此从 sum_mul 函数返回到 main 函数之后，和与乘积也分别存储在 sum 和 mul 中了。

五、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）

5.1 野指针成因

1. 指针未初始化

代码示例1：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int* p;
	*p = 10;
	return 0;
}
  • p没有初始化，就意味着没有明确指向。
  • 一个局部变量不初始化时，放的是随机值：0xcccccccc
  • *p = 10; 这里非法访问内存了，这里的p就是野指针。

2. 指针越界访问

代码示例2：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* p = &arr;
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 10; i++)
	{
		*p = i;
		p++;
	}

	return 0;
}

        当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针。

3. 指针指向的空间释放

代码示例3：

#include <stdio.h>

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

        调用text函数，返回变量a的地址给指针p。

        a是局部变量，他所占的空间一旦出了text函数就销毁了，就是将a所占的空间还给了操作系统。所以返回地址的同时，a所占空间销毁。

        p在存a的地址的时候，地址所对应的空间已经销毁。p虽然可以通过地址找到对应空间，但是p不能访问和使用这块空间。此时p就是野指针。

5.2 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，及时置NULL

4. 避免返回局部变量的地址

5. 指针使用之前检查有效性

代码示例：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int* p = NULL;
	int a = 10;
	p = &a;
	if (p != NULL)
	{
		*p = 100;
	}
	return 0;
}

六、指针运算

6.1 指针+- 整数

        如果 p 指向数组元素 arr[ i ] ，那么 p+j 指向 arr[ i+j ]。

        如果 p 指向数组元素 arr[ i ] ，那么 p-j 指向 arr[ i-j ]。

代码示例1：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int* p = arr;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		*p = 1;
		p++;
	}

	return 0;
}

调试窗口：

        

代码示例2：

#include <stdio.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int* p = arr;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		*(p + i) = 1;	
	}
	return 0;
}

调试窗口：

6.2 指针-指针

        当两个指针相减时，结果为指针之间的距离，也就是两指针之间数组元素的个数。因此，若 p 指向 arr[ i ] 且 q 指向 arr[ j ]，那么 p - q 就等于 i - j 。

代码示例：

#include <stdio.h>

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

	return 0;
}

运行结果：

9

  • 指针-指针的绝对值得到的是指针和指针之间元素个数。
  • 不是所有指针都能相减，指向同一块空间的2个指针才能相减。

 代码示例：

#include <stdio.h>

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

运行结果：

7

6.3 指针的关系运算

        可以用关系运算符（ < 、<= 、> 、>= ）和判等运算符（== 、!=）进行指针比较。

代码示例：

#include <stdio.h>

#define N_VALUES 10
int main()
{
	int values[N_VALUES] = { 0 };
	int* vp = NULL;
	for (vp = &values[N_VALUES]; vp > &values[0];)
	{
		*--vp = 1;
	}

	return 0;
}

总结

        以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了指针。

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