C语言——深入理解指针（1）

本文介绍: 在这之前我们先说一下生活中的一些与内存非常像的例子生活中有很多高楼，假设楼里有100个房间，你就住在其中一个，你的朋友要来找你，如果房间没有编号，那么就要一间一间去找，这样等你的朋友找到你，大概也天黑了，但是如果每个房间都有自己的编号，如：一楼：101,102……. 二楼：201,202…..以此类推，这样你的朋友就可以快速找到你。其实计算机中的内存也是通过这样管理的，我们知道计算机CPU在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，用完了在放回内存中。

1.内存与地址

传址调用例如：写⼀个函数，交换两个整型变量的值

1.内存与地址

1.1 什么是内存

在这之前我们先说一下生活中的一些与内存非常像的例子

生活中有很多高楼，假设楼里有100个房间，你就住在其中一个，你的朋友要来找你，如果房间没有编号，那么就要一间一间去找，这样等你的朋友找到你，大概也天黑了，但是如果每个房间都有自己的编号，如：一楼：101,102……. 二楼：201,202…..以此类推，这样你的朋友就可以快速找到你。

其实计算机中的内存也是通过这样管理的，我们知道计算机CPU在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，用完了在放回内存中。

计算机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是1字节。

补充：一个比特位可以储存一个2进制的位1或0。

bit- 比特位                    1byte = 8bit
byte- 字节                    1KB = 1024byte
KB                            1MB = 1024KB
MB                            1GB = 1024MB
GB                            1TB = 1024GB
TB                            1PB = 1024TB
PB

把这些每一个内存单元想成一个房间，一个房间可以放8个比特位。

把每个内存单元的编号想成一个内存的地址。

总结就是：内存单元的编号==地址==指针

1.2 编址

计算机中的编址，不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计来完成的。就比如许多乐器的规则，都是设计者设计好的，所有人都遵循这个规则。其实本质上就是一直约定出来的共识。

2. 指针的变量和地址

2.1 取地址（&）

知道了内存和地址，其实在C语言中创建变量就是向内存申请一块空间。

向这样的地址a我们应该如何得呢？

这时就要用到我们的一个操作符（&）——取地址操作符

#include &lt;stdio.h&gt;
//%p--打印地址
int main()
{
	int a = 10;
	printf("%pn", &amp;a);
	return 0;
}

我们知道整型变量是占4个字节，这里我们只要知道第一个地址，就可以访问到4个字节的数据了

2.2 指针变量

当我们通过&得到的地址也是一个数（0x0023DF32），这个数值有时候也要储存起来，方便我们后面的使用。但是我们应该存放到哪呢？答案就是：指针变量。

#include &lt;stdio.h&gt;
int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &amp;a;//把a的地址储存在p这个指针变量中。
	return 0;
}

注意：指针变量也是变量，这种变量是用来存地址的，只要存放在指针中的值都会理解为地址。

指针的类型：

int a=10;
int* p=&amp;a;

这里的* 是在说明平时指针变量，而int 是在说明 p 指向的是整型类型的对象。

2.3 解引用

我们现在知道怎么把地址保证起来了，但是要怎么使用呢?在现实生活中，我们每个房间都会有一把打开它的钥匙，用了钥匙我们就可以打开房间，找到里面的东西。C语言其实也是一样的，我们拿到了地址，就可以通过地址找到地址指向的对象。这里就要用到解引用操作符 *（）。

#include <stdio.h&gt;
int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &amp;a;//把a的地址储存在p这个指针变量中。
	*p = 0;//解引用p，找到a并且将它的值改为0
	printf("%d", *p);
	return 0;
}

2.4 指针变量大小

#include <stdio.h&gt;
//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("%zdn", sizeof(char*));
	printf("%zdn", sizeof(short*));
	printf("%zdn", sizeof(int*));
	printf("%zdn", sizeof(double*));
	return 0;
}

3. 指针变量类型 存在的意义

其实指针类型是有特殊意义的，不同的类型有不同的意义。

3.1 不同类型指针的解引用

我们先看两个程序：

#include <stdio.h&gt;
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	int* pi = &amp;n;
	*pi = 0;
	return 0;
}

#include <stdio.h&gt;
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* pc = (char*)&amp;n;
	*pc = 0;
	return 0;
}

通过调试我们发现第一个程序会把n的4个字节全部改为0，而第二个程序只会把第一个字节改为0

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（⼀次能操作⼏个字节）。

3.2 指针对 整数的运算（+，-）

我们可以看到，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4次字节。

总结：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步的距离。

3.3 void* 指针

在指针类型中有void*类型的，我们可以理解为没有具体类型的指针（泛指针），这种指针可以接收任意类型的地址。但是，void* 不能用来直接进行指针的加减整数和解引用运算。

注：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。

4. const 修饰

4.1 const 变量

只要是变量，就是可以修改的。如果我们要想要这个变量成为不可变的，那么就要用到 const 来修饰。

4.2 const（指针变量）

举例：

#include <stdio.h&gt;
//代码1
void test1()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int* p = &amp;n;
	*p = 20;
	p = &amp;m; 
}
void test2()
{
	//代码2
	int n = 10;
	int m = 20;
	const int* p = &amp;n;
	*p = 20;
	p = &amp;m; 
}
void test3()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int* const p = &amp;n;
	*p = 20;
	p = &m; 
}
void test4()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int const* const p = &n;
	*p = 20; 
	p = &m; 
}
int main()
{
	//测试⽆const修饰的情况
	test1();
	//测试const放在*的左边情况
	test2();
	//测试const放在*的右边情况
	test3();
	//测试*的左右两边都有const
	test4();
	return 0;
}

结论：const修饰指针变量的时候

1.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。

2.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。

5. 指针的运算

指针的基本运算有三种，分别是：

指针+- 整数——根据指针变量的类型，向前或向后移动

指针-指针

指针的关系运算

6. 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）——没有约束的指针。

产生野指针的原因：
1. 指针没有初始化

2. 指针越界访问 ——只有10个元素，但是访问到第11个

3. 指针指向的空间被释放——指针指向函数

避免野指针的方法：
1. 指针初始化：指针一定要指向一个地址，没有就给指针赋值NULL（0）

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。

3. 指针变量不再使用时一定要及时置为NULL，指针使用之前检查有效性。

4. 避免返回局部变量的地址

7. 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）
//验证p是否等于NULL
//当p不等于NULL时，程序继续运行，否则停止，并且给出报错信息

assert 的实现：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。

使用的优点：可以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。

补充：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 。

8.指针的使用和传址调用

举例1：strlen 的模拟 实现

#include<assert.h>
int my_strlen(const char* str)
{
	int count = 0;
	assert(str);//断言判的str是否为真（非0）
	while (*str)
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}
int main()
{
	int len = my_strlen("abcdef");
	printf("%dn", len);
	return 0;
}