[C语言]——深入理解指针（1）

一.内存和地址

1.内存

2.编址

二.指针变量和地址

1.取地址操作符（&）

2.指针变量和解引⽤操作符（*）

2.1指针变量（口头语中说的指针）

2.2指针类型

2.3 解引⽤操作符（*）

3.指针变量的大小

三.指针变量类型的意义

1.指针的解引⽤

2.指针+-整数

3.void* 指针

四.const修饰指针

1.const修饰变量

2.const修饰指针变量

五.指针运算

1.指针+- 整数运算

2.指针-指针运算（=地址-地址运算）

3.指针的关系运算（指针的比较大小即地址的比较大小）

六.野指针

1.概念：

2.野指针成因

2.1指针未初始化

2.2指针越界访问

2.3指针指向的空间释放

3.如何规避野指针

3.1指针初始化

3.2小心指针越界

3.3指针变量不再使⽤时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

3.4避免返回局部变量的地址

七.assert断言

八.指针的使用和传址调用

1.strlen的模拟实现

2.传值调用和传址调用

一.内存和地址

1.内存

（1）⽣活中的案例：假设有⼀栋宿舍楼，把你放在楼⾥，楼上有100个房间，但是房间没有编号，你的⼀个朋友来找你玩，如果想找到你，就得挨个房⼦去找，这样效率很低，但是我们如果根据楼层和楼层的房间的情况，给每个房间编上号，如：

⼀楼：101，102，103...⼆楼：201，202，203.......

有了房间号，如果你的朋友得到房间号，就可以快速的找房间，找到你。如果把上⾯的例⼦对照到计算中，⼜是怎么样呢？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，那我们买电脑的时候，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。计算机中常⻅的单位（补充）： ⼀个⽐特位可以存储⼀个2进制的位1或者0

1byte = 8bit1KB = 1024byte1MB = 1024KB1GB = 1024MB1TB = 1024GB1PB = 1024TB

其中，每个内存单元，相当于⼀个学⽣宿舍，⼀个⼈字节空间⾥⾯能放8个⽐特位，就好⽐学生住的⼋⼈间，每个⼈是⼀个⽐特位。每个内存单元也都有⼀个编号（这个编号就相当于宿舍房间的⻔牌号），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。（2）⽣活中我们把⻔牌号也叫地址，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叫：指针。 所以我们可以理解为： 内存单元的编号 == 地址 == 指针

2.编址

（1）CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节空间在内存的什么位置，⽽因为内存中字节很多，所以需要给内存进⾏编址(就如同宿舍很多，需要给宿舍编号⼀样)。（2）计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，⽽是通过硬件设计完成的。钢琴、吉他上⾯没有写上“都瑞咪发嗦啦”这样的信息，但演奏者照样能够准确找到每⼀个琴弦的每⼀个位置，这是为何？因为制造商已经在乐器硬件层⾯上设计好了，并且所有的演奏者都知道。本质是⼀种约定出来的共识！硬件编址也是如此

（3）⾸先，必须理解，计算机内是有很多的硬件单元，⽽硬件单元是要互相协同⼯作的。所谓的协同，⾄少相互之间要能够进⾏数据传递。但是硬件与硬件之间是互相独⽴的，那么如何通信呢？答案很简单，⽤”线”连起来。⽽CPU和内存之间也是有⼤量的数据交互的，所以，两者必须也⽤线连起来。不过，我们今天关⼼⼀组线，叫做地址总线。（4）我们可以简单理解，32位机器有32根地址总线，每根线只有两态，表⽰0,1【电脉冲⽆】，那么⼀根线，就能表⽰2种含义，2根线就能表⽰4种含义，依次类推。32根地址线，就能表⽰2^32种含义，每⼀种含义都代表⼀个地址。地址信息被下达给内存，在内存上，就可以找到该地址对应的数据，将数据在通过数据总线传⼊CPU内寄存器。

二.指针变量和地址

1.取地址操作符（&）

理解了内存和地址的关系，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，⽐如：

#include 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：

0x006FFD700x006FFD710x006FFD720x006FFD73

那我们如何能得到a的地址呢？这⾥就得学习⼀个操作符(&)-取地址操作符

#include int main(){ int a = 10; &a;//取出a的地址 printf("%p\n", &a); return 0;}

按照我画图的例⼦，会打印处理：006FFD70 &a取出的是a所占4个字节中地址较⼩的字节的地 址。

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。

2.指针变量和解引⽤操作符（*）

2.1指针变量（口头语中说的指针）

那我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值，⽐如：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。 ⽐如：

#include int main(){ int a = 10; int* pa = &a;//取出a的地址并存储到指针变量pa中return 0;}

指针变量也是⼀种变量，这种变量就是⽤来存放地址的 ，存放在指针变量中的值都会理解为地址。

2.2指针类型

我们看到pa的类型是 int* ，我们该如何理解指针的类型呢？

int a = 10;int * pa = &a;

这⾥pa左边写的是 int* ， * 是在说明pa是指针变量，⽽前⾯的 int 是在说明pa指向的是整型(int) 类型的对象。

那如果有⼀个char类型的变量ch，ch的地址，要放在什么类型的指针变量中呢？

char ch = 'w';pc = &ch;//pc 的类型怎么写呢？ char*pc=&ch

2.3 解引⽤操作符（*）

我们将地址保存起来，未来是要使⽤的，那怎么使⽤呢？在现实⽣活中，我们使⽤地址要找到⼀个房间，在房间⾥可以拿去或者存放物品。 C语⾔中其实也是⼀样的，我们只要拿到了地址（指针），就可以通过地址（指针）找到地址（指针）指向的对象，这⾥必须学习⼀个操作符叫解引⽤操作符(*)。

#includeint main(){ int a = 100; int* pa = &a; *pa = 0; return 0;}

上⾯代码中第7⾏就使⽤了解引⽤操作符， *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变量了；所以*pa = 0，这个操作符是把a改成了0. 有人肯定在想，这⾥如果⽬的就是把a改成0的话，写成 a = 0; 不就完了，为啥⾮要使⽤指呢？其实这⾥是把a的修改交给了pa来操作，这样对a的修改，就多了⼀种的途径，写代码就会更加灵活，后期慢慢就能理解了。

3.指针变量的大小

前⾯的内容我们了解到，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。如果指针变量是⽤来存放地址的，那么指针变量的⼤⼩就得是4个字节的空间才可以。 同理64位机器，假设有64根地址线，⼀个地址就是64个⼆进制位组成的⼆进制序列，存储起来就需要8个字节的空间，指针变量的大小就是8个字节。

#include //指针变量的⼤⼩取决于地址的⼤⼩//32位平台下地址是32个bit位（即4个字节）//64位平台下地址是64个bit位（即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;}

结论：

32位平台下地址是32个bit位，指针变量⼤⼩是4个字节
64位平台下地址是64个bit位，指针变量⼤⼩是8个字节
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。

三.指针变量类型的意义

指针变量的⼤⼩和类型⽆关，只要是指针变量，在同⼀个平台下，⼤⼩都是⼀样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？其实指针类型是有特殊意义的，我们接下来继续学习。

1.指针的解引⽤

对⽐，下⾯2段代码，主要在调试时观察内存的变化

//代码1#include int main(){ int n = 0x11223344; int *pi = &n; *pi = 0;return 0;}//代码2#include int main(){ int n = 0x11223344; char *pc = (char *)&n; *pc = 0; return 0;}

调试我们可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0，但是代码2只是将n的第⼀个字节改为0。 结论：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）。 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。

2.指针+-整数

先看⼀段代码，调试观察地址的变化。

#include 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;}

代码运行结果如下：

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。 结论： 指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

**3.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。

#include int main(){ int a = 10; int* pa = &a; char* pc = &a; return 0;}

在上面的代码中，将⼀个int类型的变量的地址赋值给⼀个char*类型的指针变量。编译器给出了一个警告（如下图），是因为类型不兼容。而使用void*类型就不会有这样的问题。使用void*类型的指针接收地址：

#include int main(){ int a = 10; void* pa = &a; void* pc = &a;*pa = 10; *pc = 0; return 0;}

VS编译代码的结果：这里我们可以看到， void* 类型的指针可以接收不同类型的地址，但是无法直接进行指针运算。那么 void* 类型的指针到底有什么用呢？⼀般 void* 类型的指针是使⽤在函数参数的部分，用来接收不同类型数据的地址，这样的设计可以实现泛型编程的效果。使得⼀个函数来处理多种类型的数据，在《深入理解指针(4)》中我们会讲解。

四.const修饰指针

1.const修饰变量

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给⼀个指针变量，通过指针变量的也可以修改这个变量。但是如果我们希望⼀个变量加上⼀些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是const的作用。

#include int main(){ int m = 0; m = 20;//m是可以修改的 const int n = 0; n = 20;//n是不能被修改的 return 0;}

上述代码中n是不能被修改的，其实n本质还是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，习惯上叫n为常变量。只要我们在代码中对n就行修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。

但是如果我们绕过n，使⽤n的地址，去修改n就能做到了，虽然这样做是在打破语法规则。

#include int main(){ const int n = 0; printf("n = %d\n", n); int*p = &n; *p = 20; printf("n = %d\n", n); return 0;}

输出结果：我们可以看到这⾥⼀个确实修改了，但是我们还是要思考⼀下，为什么n要被const修饰呢？就是为了不能被修改，如果p拿到n的地址就能修改n，这样就打破了const的限制，这是不合理的，所以应该让p拿到n的地址也不能修改n，那接下来怎么做呢？

2.const修饰指针变量

我们看下⾯代码，来分析

#include //代码1void test1(){ int n = 10; int m = 20; int *p = &n; *p = 20;//ok" />结论：const修饰指针变量的时候 const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变。 但是指针变量本身的内容可变。 
const如果放在*的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变。 
五.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.指针+- 整数运算
 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 //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+整数即i*sizeof(int)，＋i表示的是跳过i个整型 } return 0;}
2.指针-指针运算（=地址-地址运算）
//指针-指针#include int my_strlen(char *s){ char *p = s; while(*p != '\0' ) p++; return p-s;}int main(){ printf("%d\n", my_strlen("abc"));//3，strlen处理的是\0前面出现的字符个数 return 0;}int main(){ int arr[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}; printf("%d\n",&arr[0]-&arr[9]); //9,指针-指针的绝对值是指针和指针之间的元素个数 //指针-指针运算的前提条件是：两个指针指向同一块空间 char ch[20]={0}; //err printf("%d\n",&ch[0]-&arr[9]);//error return 0;}
3.指针的关系运算（指针的比较大小即地址的比较大小）
//指针的关系运算#include 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]); //10 while(p
六.野指针 
1.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.野指针成因
2.1指针未初始化
#include int main(){int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值，全局变量/静态变量（静态区）不初始化，默认值为0 *p = 20;//非法访问内存了 return 0;}
2.2指针越界访问
#include 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;}
会出现越界提示：
2.3指针指向的空间释放
#include int* test(){ int n = 100;//申请空间 return &n;//n的空间释放}int main(){ int*p = test(); printf("%d\n", *p);//非法访问 return 0;}
3.如何规避野指针
3.1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。 
#ifdef __cplusplus #define NULL 0 #else #define NULL ((void *)0) #endif
 初始化如下：
#include int main(){ int num = 10; int*p1 = &num; int*p2 = NULL;return 0;}
3.2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。 
3.3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前来，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。
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;}
3.4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。
七.assert断言
  （1）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);
 （2）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。 （3）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。 （4）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语句的前⾯，定义⼀个宏 NDEBUG 。 
#define NDEBUG#include 
  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 NDBUG  指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启⽤了  assert()  语句。  （5）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。
八.指针的使用和传址调用
1.strlen的模拟实现 
 （1）库函数strlen的功能是 求字符串长度，统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。  函数原型如下： 
size_t strlen ( const char * str );
 （2）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：
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;}
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 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);//传址调用 Swap1(a, b); printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b); return 0;}int Add(int x，int y){return x+y;}int main(){ int a=10; int b=20; //调用函数 int ret=Add(a，b);//传值调用 printf("%d\n",ret); return 0;}
 当我们运⾏代码，结果如下： 我们发现其实没产⽣交换的效果，这是为什么呢？  调试⼀下，试试呢？  我们发现在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x00cffdd0，b的地址是0x00cffdc4，在调用 Swap1函数时，将a和b传递给了Swap1函数，在Swap1函数内部创建了形参x和y接收a和b的值，但是 x的地址是0x00cffcec，y的地址是0x00cffcf0，x和y确实接收到了a和b的值，不过x的地址和a的地址不⼀样，y的地址和b的地址不⼀样，相当于x和y是独⽴的空间，那么在Swap1函数内部交换x和y的值， ⾃然不会影响a和b，当Swap1函数调⽤结束后回到main函数，a和b的没法交换。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 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); Swap1(&a, &b); printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b); return 0;}
 ⾸先看输出结果： 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。

[C语言]——深入理解指针（1）

一.内存和地址

1.内存

2.编址

二.指针变量和地址

1.取地址操作符（&）

2.指针变量和解引⽤操作符（*）

2.1指针变量（口头语中说的指针）

2.2指针类型

2.3 解引⽤操作符（*）

3.指针变量的大小

三.指针变量类型的意义

1.指针的解引⽤

2.指针+-整数

3.void* 指针

四.const修饰指针

1.const修饰变量

2.const修饰指针变量

五.指针运算

1.指针+- 整数运算

2.指针-指针运算（=地址-地址运算）

3.指针的关系运算（指针的比较大小即地址的比较大小）

六.野指针

1.概念：

2.野指针成因

2.1指针未初始化

2.2指针越界访问

2.3指针指向的空间释放

3.如何规避野指针

3.1指针初始化

3.2小心指针越界

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