【C语言】深入理解指针（一篇让你完全搞懂指针）_深入理解c语言 深入理解指针

一、什么是指针？

1.1指针概念

本质上指针就是地址，口语中所说的指针，其实就是指针变量，指针变量是用来存放地址的一个指针。

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

电脑上内存是8CB/16GB/32GB等，这些内存空间如何高效的管理？

其实就是把内存划分成一个一个的内存单元，每个内存单元的大小取1字节，每个内存单元都有一个编号。

有了内存单元的编号，CPU就可以快速找到一个内存空间。

内存单元的编号 == 地址 == 指针

二、指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

在C语言中，创建变量其实就是向内存申请空间

 上述代码创建整型变量a，向内存申请了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个字节地址分别是：

0x00F5FCEC 
0x00F5FCED 
0x00F5FCEE 
0x00F5FCEF

 那我们如何得到a的地址？   

这里就用到取地址操作符（&）

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	&a;
	printf("%p\n", &a);
	return 0;
}

 上述代码，运行之后，打印：0x00F5FCEC 

&a取出来的是a所占4个字节中地址最小的字节的地址。

 2.2 指针变量和解引用操作符（*）

2.2.1 指针变量

我们通过取地址操作符（&）拿到的地址是一个数组，比如：0x00F5FCEC，这个数组有时候需要存储起来，方便后期使用，那我们就可以把地址值存放在指针变量中。

 总结：变量a和指针变量pa都有各自的地址，只是把变量a的地址存放在指针变量pa里。

 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

 

2.2.2 解引用操作符（*）

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int* pa = &a;//取出a地址，并存放在指针变量中
	//①int说明pa指向的对象是int类型 ②*说明pa是指针变量
    *pa=100;
    printf("%d",*pa);
	return 0;
}

 输出：100

①*的作用是引用指针指向的变量值，引用其实就是引用该变量的地址，“解”就是把该地址对应的东西解开，解出来，就像打开一个包裹一样，那就是该变量的值了，所以称为“解引用”。 也就是说，解引用是返回内存地址中对应的对象。

解引用也可以改变该变量的数值。

②需要注意的是，在变量声明的时候，*不能当做解引用使用，只是表示你声明的变量是一个指针类型。

 

2.3 指针变量的大小

指针变量的大小取决于地址的大小

①32平台下地址是32bit位，指针变量大小是4字节

②64平台下地址是64bit位，指针变量大小是8字节

注意：指针变量的大小和类型无关，只要指针类型的变量，在相同平台下，大小都是相同的。

 

三、指针类型变量的意义

3.1 指针解引用

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	int* p1 = &n;
	*p1 = 0;
	return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* p2 = (char *) & n;
	*p2 = 0;
	return 0;
}

任务：上面两段代码，调试观察内存的变化，对比发现了什么？

发现：第一段代码会将n的4个字节全部改为0；但是第二段代码只是将n的第一个字节改为0。

结论：指针类型决定了对指针解引用的时候有多大权限（一次可以操作几个字节）。

比如：char*的指针解引用只能访问一个字节，而int*的指针解引用就可以访问4个字节。

 3.2 指针 +- 整数

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 10;
	char* pc = (char*)&n;
	int* pi = &n;
	printf("&n   = %p\n", &n);
	printf("pc   = %p\n", pc);
	printf("pc+1 = %p\n", pc+1);
	printf("pi   = %p\n", pi);
	printf("pi+1 = %p\n", pi+1);
}

 运行结果：

 结论：指针类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离)。

 3.3 void* 指针

void* 类型，无具体类型的指针（泛型指针），void* 类型的指针大部分使用在函数参数的部分，用来接收不同类型数据的地址。

但是void* 类型的指针不能直接进行指针的+-整数和解引用运算。

 

四、const修饰指针

在C语言中，const是constant的缩写，翻译是“恒定不变的”。它是定义只读变量的关键字。或者说const是定义常变量的关键字

const修饰的变量被称为常变量，具有常属性，但是本质上还是变量。

保护被修饰的东西，防止被意外修改，增强程序的健壮性。

提高程序的运行效率。编译器通常不为普通const常量分配存储空间，而是将他们保护在符号表中，使得它成为一个编译期间的常量，没有存储和读取内存的操作，使得它的运行效率也很高。

 4.1 const int* p (int const *p)和int *const p的区别

#include <stdio.h>
void test1()
{
	int n = 10;
	int m = 10;
    /* const放在*左边，修饰的是*p，表示的是指针指向的内容，不能通过指针来改变，
    但是指针变量本身是可以被修改的 */
	const int* p = &n;//const放在*的左边
	*p = 20;//err   *p不可改变(指针指向的内容不能被修改)
	p = &m; //ok    指针变量p可以修改
}
void test1()
{
	int n = 10;
	int m = 10;
    /* const放在*右边，修饰的是指针变量p本身，表示的是指针变量不可以被修改，
    但是指针指向的内容是可以被修改的 */
	int* const p = &n;//const放在*的右边
	*p = 20;//ok     //指针指向的内容可以被修改
	p = &m; //err    p不可改变（指针变量p不能被修改）
}
int main()
{
	test1();//const放在*的右边
	test2();//const放在*的左边
	return 0;
}

 总结：

①const int* p (int const *p)：const放在*的左边。修饰的是*p，*p（指针指向的内容）不能修改；p(指针变量本身)可以修改

②int * const p :const放在*的右边。修饰的是p，p(指针变量本身)不可以修改；*p（指针指向的内容）可以修改。

③int const * const p (const int * const p)：*的左右两边都有const，修饰的是*p和p，所以*p和p都不能被修改。

 

五、指针运算 

5.1 指针 +- 整数

数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，顺藤摸瓜就可以找到后面所有元素。

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

 指针p+i，表示指针向后移动i个单位（每个单位为指针p的类型所占的字节数），指向原先指向的元素后的第i个元素。若p指向arr[0]，则p+i指向arr[i]；

5.2 指针 - 指针

#include <stdio.h>
int my_strlen(char* s)
{
	//指针-指针
	char* p = s;
	while (*p != '\0')
		p++;
	return p - s;  //返回结束指针地址-开始指针地址 的差值     得到的就是指针之间元素的个数
	
}
int main()
{
	printf("%d\n", my_strlen("abc"));
	return 0;
}

 两个指针相减，得到的就是指针之间的元素个数。指针s是字符串首地址，第一次p=s,随着p++，p指向最后一个字符后面的位置。所以p-s，就得到字符串的个数。

5.3 指针的关系运算

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

 指针的比较，依赖于指针所指向的两个元素的相对位置，若指针p指向arr[i]，指针q指向arr[j],p和q的结果由i和j的大小决定。

5.4 指针运算笔试题

C语言的间接寻址运算符*常和++或--运算符一起使用，具有以下四种不同的形式：

#include <stdio.h>
#define N 10
int main()
{
    int a[10] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    int temp = 0;
 
    int *p = a;
    printf("p的初始值为%p, *p值为%d\n", p, *p);
    temp = *p++;
    printf("*p++的值为%d, 运算后p的值为%p, *p的值为%d\n\n", temp, p, *p);
 
    printf("p的初始值为%p, *p值为%d\n", p, *p);
    temp = *(p++);
    printf("*(p++)的值为%d, 运算后p的值为%p, *p的值为%d\n\n", temp, p, *p);
 
    printf("p的初始值为%p, *p值为%d\n", p, *p);
    temp = (*p)++;
    printf("(*p)++的值为%d, 运算后p的值为%p, *p的值为%d\n\n", temp, p, *p);
 
    printf("p的初始值为%p, *p值为%d\n", p, *p);
    temp = *++p;
    printf("*++p的值为%d, 运算后p的值为%p, *p的值为%d\n\n", temp, p, *p);
 
    printf("p的初始值为%p, *p值为%d\n", p, *p);
    temp = *(++p);
    printf("*(++p)的值为%d, 运算后p的值为%p, *p的值为%d\n\n", temp, p, *p);
 
    printf("p的初始值为%p, *p值为%d\n", p, *p);
    temp = ++*p;
    printf("++*p的值为%d, 运算后p的值为%p, *p的值为%d\n\n", temp, p, *p);
 
    printf("p的初始值为%p, *p值为%d\n", p, *p);
    temp = ++(*p);
    printf("++(*p)的值为%d, 运算后p的值为%p, *p的值为%d\n\n", temp, p, *p);
 
    return 0;
}

运行结果示例：

p的初始值为005AFE5C, *p值为0
*p++的值为0, 运算后p的值为005AFE60, *p的值为1

p的初始值为005AFE60, *p值为1
*(p++)的值为1, 运算后p的值为005AFE64, *p的值为2

p的初始值为005AFE64, *p值为2
(*p)++的值为2, 运算后p的值为005AFE64, *p的值为3

p的初始值为005AFE64, *p值为3
*++p的值为3, 运算后p的值为005AFE68, *p的值为3

p的初始值为005AFE68, *p值为3
*(++p)的值为4, 运算后p的值为005AFE6C, *p的值为4

p的初始值为005AFE6C, *p值为4
++*p的值为5, 运算后p的值为005AFE6C, *p的值为5

p的初始值为005AFE6C, *p值为5
++(*p)的值为6, 运算后p的值为005AFE6C, *p的值为6

六、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）

 6.1 野指针的成因

① 指针未初始化

② 指针越界访问

③ 指针指向的空间释放

 6.2 如何规避野指针

① 指针初始化

② 小心指针越界

③ 指针变量不再使用，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

④ 避免返回局部变量的地址

七、指针的使用和传址调用

7.1 strlen的模拟实现

库函数strlen的功能是求字符串长度，统计的是字符串\0之前的字符个数。

库函数原型：

size_t strlen ( const char* str );

 模拟实现，从起始地址开始向后逐个字符的遍历，只要不是\0字符，计算器就+1，直到\0就停止。

int my_strlen(const char* s)
{
	int count = 0;
	while (*s != '\0')
	{
		count++;
		s++;
	}
	return count++;
}
int main()
{
	int len = my_strlen("abcdef");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

7.2 传值调用和传址调用

任务：写一个函数，交换两个变量的值

#include <stdio.h>
void Swap(int x, int y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	printf("交换之前a = %d b = %d\n", a, b);
	Swap(a, b);
	printf("交换之后a = %d b = %d\n", a, b);
}

 运行结果，如下：

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，对形参修改不影响实参。

所以Swap()失败了。

 答案：使用指针，在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap函数里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。

#include <stdio.h>
void Swap(int *x, int *y)
{
	int tmp = 0;
	tmp = *x;
	*x = *y;
	*y = tmp;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	printf("交换之前a = %d b = %d\n", a, b);
	Swap(&a, &b);
	printf("交换之后a = %d b = %d\n", a, b);
}

运行结果，如下：

 将变量的地址传给函数，这种函数调用方式叫：传址调用。