C语言理论篇——带你轻松玩转指针与动态分配内存

2019.12.11

1.什么是指针以及它的作用

储存数据的内存是一串连续的字节单元格，如图

内存图解.png

每一个单元格都有自己的地址，而 指针则是用来储存某个地址的变量
那么我们什么时候需要用到指针呢？下图作为引例

值改变.png

使用函数返回值可以实现 一个值的改变，而return只能返回一个值，改变两个及以上的值便需要指针

地址详解.png

说明：首地址是指第一个字节的地址，其实指针并没有如图所示的指向作用，那样画方便理解，指针就是地址，通过它可以间接访问或修改所存的地址内的值，依图举个例子，可以将0x100（地址）理解为一个小区中的房间门牌号，1（所存的值）当做租客，而指针就是保安室（登记有所有门牌号即地址），通过保安室可以查到门牌号，再使用一个*即登门拜访
一个指针所占用空间：64位系统占8个，32位系统占4个

2.指针的类型

指针的运算：指针+i是指指针所指地址向右移动i*sizeof(所指向的变量类型)
指针之间还可以作减法，仅限于数组内，作差的结果是两个地址间相差的元素个数
整型指针：int *a
字符指针：char *a
指针数组：int *a[5],一个大小为5，每个元素都是指针
数组指针：int （*a)[5] 只能指向二维数组，且二维数组中的一维数组长度为5
如int a[3][5];
 int (*p)[5]=a;
常量指针：指向地址的值不能改变
int a=20,b=30;
int const *p=&a;const(常量)在前
*p=&b;//可以改变指针的指向关系
指针常量：指向关系不能变，值可以变
int *const p1=&a;*指针在前
*p1=50;//可以改变里面的值
谁在前谁不变
二级指针： int**p;里面存的是一个一级指针的地址，指针本身是有地址的

二级指针图解.png

二级以上的指针如图类推
指针函数：int *add(); 先忽略*，add()是个函数，它的返回类型是int*指针(即地址)
函数指针：int (*p)(int ,int); 由于()的优先级更高，所以无法先忽略*，所以从*开始读，是一个指针，它指向的类型是一个函数，函数的返回类型是整型
函数名其实是一个指针常量，它指向该函数代码的首地址
int minus(a,b);
p=minus;
(*p)(a,b);等价于minus(a,b)
☆补充说明：相信很多初学指针的小伙伴都有这样的一个困惑，指针只能用地址来赋值，为什么 常量字符串可以使用 char* name="xiaoming"，常量字符串为什么可以这样赋值，其实啊， 真正赋值给name的还是一个地址， 双引号" "做了以下三件事：
1.在内存中开辟了一片连续的空间
2.将常量字符串放进去，并在末尾添加\0
3.最后返回那一片连续内存空间的 首地址
所以常量字符串的赋值不需要使用malloc为字符指针分配内存空间，直接使用双引号即可，这样的表达是没有任何问题的，这是指针中容易搞混的地方

3.指针和数组的关系

1.指针与一维数组之间可以相互转换，数组名是数组的首地址，可以直接赋给指针

指针与数组的转换.png

被注释掉的输出结果一样
数组是指针常量，所以不能对首地址进行自增（++）或自减（--）运算，本质上是不能对首地址赋值如a=a+1而*(a+1)则是正确的，数组地址移动方式和指针是相同的，a+i其实是a+i*sizeof(数组类型),所以对首地址先进行移动，然后再显示新地址内的值

指针移动等同数组.png

所以其实a[i]等价于*(a+i)
2. 数组指针：数组指针是二维的，（只能说）类似于二级指针，要访问里面的单个元素，需要使用**
先定义一个数组指针
int a[2][3]={{1,2,3},{4,5,6}};int (*p)[3]=a;

数组指针图解.png

而对p+1则是纵向的移动，移动到4所在地址

数组指针.png

上图则是运行效果
也可以换一种方式理解为什么需要两个**：前面提到一维数组等价于指针，所以二维数组就相当于一维数组里的元素全是指针，*p访问到第一个元素还是指针即地址，所以还需要一个*才能访问到真正的第一个元素

4.动态分配内存

常量区 常量 const int a=1;程序结束时释放
静态区 static 直到程序结束才会被释放内存
静态变量只会被初始化一次，生命周期从开始（预编译）到程序结束为止
栈 局部变量 int a=10;作用于代码块，出了代码块就释放
堆 自己申请的内存(malloc calloc realloc) 必须自己释放内存
为什么需要分配内存：
1.存储的数据需要延长生命周期
2.一个指针变量需要存储数据，变量本身只能存地址，不能存数据，需要分配内存空间来存储数据，必须为指针变量分配内存空间，用malloc,引入stdlib.h
如何分配内存
char *name;
name=(char *)malloc(10*sizeof(char));
格式：malloc(需要对应数据类型空间的数量*sizeof(对应的数据类型)),前面需要对其声明，(数据类型*)
动态分配内存的本质：malloc函数在内存中申请了一片连续指定大小的空间单元格，然后返回那片连续单元格的首地址
name=(char*)realloc(name,20*sizeofz(char))//重新分配已经分配的动态内存
格式：realloc(需要重新分配的指针名，对应数据类型空间的数量*sizeof(对应的数据类型)）
为了不浪费空间，程序结束之间需要释放申请的内存，free(name);
以上具体的使用会在实战篇中体现