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文章目录
- 前言
- 1.指针运算
- 1.1.指针+-整数
- 1.2.指针-指针
- 1.3.指针的关系运算
- 2.野指针
- 2.1 野指针成因
- 2.2 如何规避野指针
- 3.assert 断言
- 4.指针的使用和传址调用
- 4.1 strlen的模拟实现
- 4.2.传值调用和传址调用
- 5.数组名的理解
- 6.使用指针访问数组
- 7.一维数组传参的本质
前言
上一次粗浅的认识了指针，下来我们在进行讲解。
1.指针运算
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
1.1.指针±整数
因为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。
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
#include<stdio.h>
int main()
{
int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
int* p = &arr[0];
for (int i = 0; i < sz; i++)
printf("%d ", *(p+i));
printf("\n");
return 0;
}
1.2.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;
}
1.3.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;
}
2.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）
2.1 野指针成因
2.1.1.指针未初始化
//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;
return 0;
}
2.1.2 指针越界访问
//指针越界访问
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int* p = &arr[0];
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;
}
2.1.3.指针指向的空间释放
#include <stdio.h>
int* test()
{
int n = 100;
return &n;
}
int main()
{
int* p = test();
printf("%d\n", *p);
return 0;
}
2.2 如何规避野指针
2.2.1.指针初始化
如果明确知道指针指向哪⾥就直接赋值地址，如果不知道指针应该指向哪⾥，可以给指针赋值NULL。NULL 是C语⾔中定义的⼀个标识符常量，值是0，0也是地址，这个地址是无法使用的，读写该地址
会报错。
初始化如下：
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int num = 10;
int* p1 = #
int* p2 = NULL;
return 0;
}
2.2.2 小心指针越界
⼀个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是越界访问。
2.2.3指针变量不再使⽤时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性
当指针变量指向⼀块区域的时候，我们可以通过指针访问该区域，后期不再使⽤这个指针访问空间的时候，我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的⼀个规则就是：只要是NULL指针就不去访问，同时使⽤指针之前可以判断指针是否为NULL。
我们可以把野指针想象成野狗，野狗放任不管是⾮常危险的，所以我们可以找⼀棵树把野狗拴起来，就相对安全了，给指针变量及时赋值为NULL，其实就类似把野狗栓起来，就是把野指针暂时管理起来。
不过野狗即使拴起来我们也要绕着⾛，不能去挑逗野狗，有点危险；对于指针也是，在使用之前，我们也要判断是否为NULL，看看是不是被拴起来起来的野狗，如果是不能直接使⽤，如果不是我们再去
使用。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,67,7,8,9,10 };
int* p = &arr[0];
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*(p++) = i;
}
//此时p已经越界了，可以把p置为NULL
p = NULL;
//下次使⽤的时候，判断p不为NULL的时候再使⽤
//...
p = &arr[0];//重新让p获得地址
if (p != NULL) //判断
{
//...
}
return 0;
}
2.2.4避免返回局部变量的地址
如造成野指针的第3个例子，不要返回局部变量的地址。
3.assert 断言
assert.h 头⽂件定义了宏 assert() ，⽤于在运⾏时确保程序符合指定条件，如果不符合，就报错终止运行。这个宏常常被称为“断言”。
assert(p != NULL);
上⾯代码在程序运⾏到这⼀⾏语句时，验证变量 p 是否等于 NULL 。如果确实不等于 NULL ，程序继续运行，否则就会终止运行，并且给出报错信息提示。
assert() 宏接受⼀个表达式作为参数。如果该表达式为真（返回值非零）， assert() 不会产生任何作用，程序继续运行。如果该表达式为假（返回值为零）， assert() 就会报错，在标准错误流 stderr 中写入一条错误信息，显⽰没有通过的表达式，以及包含这个表达式的⽂件名和⾏号。
assert() 的使用对程序员是⾮常友好的，使⽤ assert() 有几个好处：它不仅能⾃动标识⽂件和出问题的⾏号，还有⼀种⽆需更改代码就能开启或关闭 assert() 的机制。如果已经确认程序没有问
题，不需要再做断言，就在 #include <assert.h> 语句的前⾯，定义⼀个宏 NDEBUG 。
#define NDEBUG
#include<assert.h>
然后，重新编译程序，编译器就会禁⽤⽂件中所有的 assert() 语句。如果程序⼜出现问题，可以移除这条 #define NDEBUG 指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启⽤了 assert() 语句。
assert() 的缺点是，因为引入了额外的检查，增加了程序的运行时间。
⼀般我们可以在 Debug 中使用，在 release 版本中选择禁⽤ assert 就行，在 VS 这样的集成开发环境中，在 Release 版本中，直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在 Release 版本不影响用户使用时程序的效率。
4.指针的使用和传址调用
4.1 strlen的模拟实现
库函数strlen的功能是求字符串⻓度，统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。
函数原型如下：
参数str接收⼀个字符串的起始地址，然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数，最终返回⻓度。
如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历，只要不是 \0 字符，计数器就+1，这样直到 \0 就停⽌。
参考代码如下：
#include<stdio.h>
int my_strlen(const char* str)
{
int count = 0;
assert(str);
while (*str)
{
count++;
str++;
}
return count;
}
int main()
{
int len = my_strlen("abcdef");
printf("%d\n", len);
return 0;
}
4.2.传值调用和传址调用
学习指针的⽬的是使⽤指针解决问题，那什么问题，非指针不可呢？
例如：写⼀个函数，交换两个整型变量的值
⼀番思考后，我们可能写出这样的代码：
#include <stdio.h>
void Swap1(int x, int y)
{
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);
Swap1(a, b);
printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
return 0;
}
调试结果：
大家可以发现，&a跟&x不一样，&a和&y不一样，都开辟了新的内存。Swap1函数在使⽤
的时候，是把变量本⾝直接传递给了函数，这种调⽤函数的⽅式我们之前在函数的时候就知道了，这种叫传值调用。
结论：实参传递给形参的时候，形参会单独创建⼀份临时空间来接收实参，对形参的修改不影响实参。
所以Swap是失败的了。
那怎么办呢？
我们现在要解决的就是当调⽤Swap函数的时候，Swap函数内部操作的就是main函数中的a和b，直接将a和b的值交换了。那么就可以使⽤指针了，在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap函数⾥边通过地址间接的操作main函数中的a和b，并达到交换的效果就好了。
#include <stdio.h>
void Swap2(int*px, int*py)
{
int tmp = 0;
tmp = *px;
*px = *py;
*py = tmp;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);
Swap2(&a, &b);
printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
return 0;
}
输出结果：
我们可以看到实现成Swap2的方式，顺利完成了任务，这⾥调⽤Swap2函数的时候是将变量的地址传递给了函数，这种函数调⽤⽅式叫：传址调用。
传址调用，可以让函数和主调函数之间建⽴真正的联系，在函数内部可以修改主调函数中的变量；所以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算，就可以采⽤传值调⽤。如果函数内部要修改主调函数中的变量的值，就需要传址调用。
5.数组名的理解
我们在使⽤指针访问数组的内容时，有这样的代码：
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int *p = &arr[0];
这⾥我们使⽤ &arr[0] 的方式拿到了数组第⼀个元素的地址，但是其实数组名本来就是地址，而且是数组首元素的地址，我们来做个测试。
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
printf("arr = %p\n", arr);
return 0;
}
运行结果：
我们发现数组名和数组⾸元素的地址打印出的结果⼀模⼀样，数组名就是数组首元素(第⼀个元素)的地址。
这时候有同学会有疑问？数组名如果是数组⾸元素的地址，那下面的代码怎么理解呢？
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
printf("%d\n", sizeof(arr));
return 0;
}
运行结果：
如果arr是数组⾸元素的地址，那输出应该的应该是4/8才对。
其实数组名就是数组⾸元素(第⼀个元素)的地址是对的，但是有两个例外：
- sizeof(数组名)，sizeof中单独放数组名，这⾥的数组名表⽰整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节
- &数组名，这⾥的数组名表⽰整个数组，取出的是整个数组的地址（整个数组的地址和数组首元素的地址是有区别的）
除此之外，任何地⽅使⽤数组名，数组名都表示首元素的地址。
这时有好奇的同学，再试一下这个代码：
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
printf("arr = %p\n", arr);
printf("&arr = %p\n", &arr);
return 0;
}
运行结果：
三个打印结果⼀模⼀样，这时候⼜纳闷了，那arr和&arr有啥区别呢？
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
printf("&arr[0]+1 = %p\n", &arr[0] + 1);
printf("arr = %p\n", arr);
printf("arr+1 = %p\n", arr + 1);
printf("&arr = %p\n", &arr);
printf("&arr+1 =%p\n", &arr + 1);
return 0;
}
运行结果：
这⾥我们发现&arr[0]和&arr[0]+1相差4个字节，arr和arr+1 相差4个字节，是因为&arr[0] 和 arr 都是⾸元素的地址，+1就是跳过⼀个元素。
但是&arr 和 &arr+1相差40个字节，这就是因为&arr是数组的地址，+1 操作是跳过整个数组的。
到这里大家应该搞清楚数组名的意义了吧。
数组名是数组首元素的地址，但是有2个例外。
6.使用指针访问数组
有了前⾯知识的⽀持，再结合数组的特点，我们就可以很⽅便的使⽤指针访问数组了。
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
//输⼊
int i = 0;
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
//输⼊
int* p = arr;
for (i = 0; i < sz; i++)
{
scanf("%d", p + i);
//scanf("%d", arr+i);//也可以这样写
}
//输出
for (i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
return 0;
}
这个代码搞明⽩后，我们再试⼀下，如果我们再分析⼀下，数组名arr是数组⾸元素的地址，可以赋值给p，其实数组名arr和p在这⾥是等价的。那我们可以使⽤arr[i]可以访问数组的元素，那p[i]是否也可以访问数组呢？
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = {0};
//输⼊
int i = 0;
int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
//输⼊
int* p = arr;
for(i=0; i<sz; i++)
{
scanf("%d", p+i);
//scanf("%d", arr+i);//也可以这样写
}
//输出
for(i=0; i<sz; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
return 0;
}
在第18行的地方，将* (p+i)换成p[i]也是能够正常打印的，所以本质上p[i] 是等价于 *(p+i)。
同理arr[i] 应该等价于 *(arr+i)，数组元素的访问在编译器处理的时候，也是转换成⾸元素的地址+偏移量求出元素的地址，然后解引⽤来访问的。
7.一维数组传参的本质
数组我们学过了，之前也讲了，数组是可以传递给函数的，这个⼩节我们讨论⼀下数组传参的本质。
⾸先从⼀个问题开始，我们之前都是在函数外部计算数组的元素个数，那我们可以把数组传给⼀个函数后，函数内部求数组的元素个数吗？
#include <stdio.h>
void test(int arr[])
{
int sz2 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
printf("sz2 = %d\n", sz2);
}
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int sz1 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
printf("sz1 = %d\n", sz1);
test(arr);
return 0;
}
输出的结果：
我们发现在函数内部是没有正确获得数组的元素个数。
这就要学习数组传参的本质了，上个⼩节我们学习了：数组名是数组⾸元素的地址；那么在数组传参的时候，传递的是数组名，也就是说本质上数组传参传递的是数组首元素的地址。
所以函数形参的部分理论上应该使⽤指针变量来接收⾸元素的地址。那么在函数内部我们写sizeof(arr) 计算的是⼀个地址的大小（单位字节）而不是数组的大小（单位字节）。正是因为函数的参数部分是本质是指针，所以在函数内部是没办法求的数组元素个数的。
#include<stdio.h>
void test(int arr[])//参数写成数组形式，本质上还是指针
{
printf("%d\n", sizeof(arr));
}
void test(int* arr)//参数写成指针形式
{
printf("%d\n", sizeof(arr));//计算⼀个指针变量的⼤⼩
}
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
test(arr);
return 0;
}
总结：一维数组传参，形参的部分可以写成数组的形式，也可以写成指针的形式。
完
