【C语言基础入门】8.C语言中的指针
文章目录
一、指针：一种特殊的变量
二、深入理解指针与地址
三、指针与数组（上）
四、指针与数组（下）
五、指针与函数
六、指针与堆空间
七、指针专题经典问题剖析
一、指针：一种特殊的变量
- 指针是C语言中的变量
- 因为是变量，所以用于保存具体值
- 特殊之处，指针保存的值是内存中的地址
- 内存地址是什么?
- 内存是计算机中的存储部件，每个存储单元有固定唯一的编号
- 内存中存储单元的编号即内存地址
- 需要弄清楚的事实
- 程序中的一切元素都存在于内存中，因此，可通过内存地址访问程序元素。
- 内存示例
- 获取地址
- C语言中通过 & 操作符获取程序元素的地址
- & 可获取变量，数组，函数的起始地址
- 内存地址的本质是一个无符号整数(4字节或8字节)
下面看一个简单的例子：
#include
int main()
{
int var = 0;
printf("var value = %d\n", var);
printf("var address = %p\n", &var);
return 0;
}
下面为输出结果：
- 注意事项
- 只有通过 内存地址＋长度 才能确定一个变量中保存的值。
- 指针定义语法：type *point;
- type - 数据类型，决定访问内存时的长度范围
- * 标志，意味着定义一个指针变量
- pointer 变量名，遵循C语言命名规则
例如：
int main()
{
char* pChar;
short* pShort;
int* pInt;
float* pFloat;
double* pDouble;
return 0;
}- 指针内存访问：* pointer
- 指针访问操作符（*）作用于指针变量即可访问内存数据
- 指针的类型决定通过地址访问内存时的长度范围
- 指针的类型统一占用 4 字节或 8 字节
- 即：sizeof(type*) == 4或 sizeof(type*) == 8
下面看一段代码，感受一下：
#include
int main()
{
int var = 0;
int another = 0;
int* pVar = NULL;
printf("1. var = %d\n", var);
printf("1. pVar = %p\n", pVar);
pVar = &var; // 使用指针保存变量的地址
*pVar = 100; // *pVar 等价于 var ， var = 100;
printf("2. var = %d\n", var);
printf("2. pVar = %p\n", pVar);
pVar = &another; // 改变了 pVar 的指向，使得 pVar 保存 another 的地址
*pVar = 1000; // another = 1000;
printf("3. another = %d\n", another);
printf("3. pVar = %p\n", pVar);
printf("4. add ==> %d\n", var + another + *pVar); // 100 + 1000 + 1000 ==> 2100
return 0;
}
下面为输出结果：
注意 NULL 地址为 00000000
- 小结
- 指针是C语言中的变量（本质为容器)
- 指针专用于保存程序元素的内存地址
- 可使用 * 操作符通过指针访问程序元素本身
- 指针也有类型，指针类型由 数据类型＋* 构成
二、深入理解指针与地址
-
灵魂三问
-
指针类型和普通类型之间的关系是什么?
-
何看待“内存地址＋长度才能访问内存中的数据”?
-
不同类型的指针可以相互赋值吗?
-
-
初学指针的军规
-
Type* 类型的指针只保存 Type 类型变量的地址
-
禁止不同类型的指针相互赋值
-
禁止将普通数值当作地址赋值给指针
-
注意：指针保存的地址必须是有效地址
-
-
下面看一段代码：
#include
int main()
{
int i = 10;
float f = 10;
int* pi = &f; // WARNING
float* pf = &f; // OK
printf("pi = %p, pf = %p\n", pi, pf);
printf("*pi = %d, *pf = %f\n", *pi, *pf);
pi = i; // WARNING
*pi = 110; // OOPS
printf("pi = %p, *pi = %d\n", pi, *pi);
return 0;
}
下面为输出结果：
这个程序犯了两个错误：
1、将不同类型的指针相互赋值，虽然 int 类型的指针变量保存的地址是对的，但是其所保存的值是错的。
2、 将普通数值当作地址赋值给指针，这会导致严重的错误，不能正确输出
- 编写函数交换两个变量的值
- 想要编写函数交换变量的值，那么，必须有能力在函数内部修改函数外部的变量!!!
看下面的代码：
#include
void func(int* p)
{
*p = 100; // 修改内存中 4 字节的数据，即：修改一个整型变量的值
}
void swap(int* pa, int* pb)
{
int t = 0;
t = *pa;
*pa = *pb;
*pb = t;
}
int main()
{
int var = 0;
int a = 1, b = 2;
printf("1. var = %d\n", var);
func( &var );
printf("2. var = %d\n", var);
printf("3. a = %d, b = %d\n", a, b);
swap(&a, &b);
printf("4. a = %d, b = %d\n", a, b);
return 0;
}
下面为输出结果：
- 小结论
- 可以利用指针从函数中“返回”多个值 (return只能返回一个值)!!
下面看一段代码：
#include
int calculate(int n, long long* pa, long long* pm)
{
int ret = 1;
if( (1 <= n) && (n <= 20) )
{
int i = 0;
*pa = 0;
*pm = 1;
for(i=1; i<=n; i++)
{
*pa = *pa + i;
*pm = *pm * i;
}
}
else
{
ret = 0;
}
return ret;
}
int main()
{
long long ar = 0;
long long mr = 0;
if( calculate(5, &ar, &mr) )
printf("ar = %lld, mr = %lld\n", ar, mr);
return 0;
}
下面为输出结果：
这段代码中的子函数通过指针，计算了1加到5以及1乘到5的值，这就间接地通过指针从子函数“返回”多个值
- 小结
- 指针是变量，因此赋值时必须保证类型相同
- 指针变量保存的地址必须是有效地址
- 通过指针参数,
- 一能够实现函数交换变量的值
- 一能够从函数中“返回”多个值
三、指针与数组（上）
- 问题
- 数组的本质是一片连续的内存，那么，数组的地址是什么？如何获取?
- 一些事实
- 使用取地址操作符&获取数组的地址
- 数组名可看作一个指针，代表数组中 0 元素的地址
- 当指针指向数组元素时，可进行指针运算（指针移动)
- 深入理解数组地址( int a[]= {1, 2, 3, 4, 5}; )
- &a 与 a 在数值上相同，但是意义上不同
- &a 代表数组地址，类型为：int(*)[5]
- a 代表数组0号元素地址，类型为: int*
- 指向数组的指针: int (*pName)[5] = &a;
下面看一段代码：
#include
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3, 4, 0};
int* p = a; // a 的类型为 int*, &a[0] ==> int*
int (*pa) [5] = &a;
printf("%p, %p\n", p, a);
p++;
*p = 100; // a[1] = 100;
printf("%d, %d\n", *p, a[1]);
printf("%p, %p\n", &a, a);
p = pa; // WARNING !!!!
p = a;
while( *p )
{
printf("%d\n", *p);
p++;
}
return 0;
}
下面为运行结果：
需要注意的是，p 和 pa不是一个指针类型，所以令 p = pa 这种做法是不正确的。
- 注意
- 数组名并不是指针，只是代表了0号元素的地址，因此可以当作指针使用。
四、指针与数组（下）
- 指针与数组的等价用法
假如：int a[ ] = {1, 2, 3, 4, 5}
int* p = a;
则以下等价：a[i] <--> *(a + i) <--> *(p + i) <--> p[i]
下面看一段代码，加深理解：
#include
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* p = a;
int i = 0;
// a[i] <==> *(a+i) <==> *(p+i) <==> p[i]
for(i=0; i<5; i++)
{
printf("%d, %d\n", a[i], *(a + i));
}
printf("\n");
for(i=0; i<5; i++)
{
printf("%d, %d\n", a[i], p[i]);
}
printf("\n");
for(i=0; i<5; i++)
{
printf("%d, %d\n", p[i], *(p + i));
}
printf("\n");
printf("a = %p, p = %p\n", a, p);
printf("&a = %p, &p = %p\n", &a, &p);
return 0;
}
下面为输出结果：
这里可以看到 a和 p的地址不同，因为它们是两个不同的指针变量。
- 字符串拾遗
- 字符串常量是 char* 类型，一种指针类型
- 指针移动组合拳：int v = *p++;
- 解读：
- 指针访问操作符(*)和自增运算操作符（++) 优先级相同
- 所以，先从p指向的内存中取值，然后p进行移动
- 等价于：
- int v = *p;
- p++;
- 解读：
下面看一段代码，体会一下：
#include
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3};
int* p = a;
int v = *p++;
char* s = NULL;
printf("%p\n", "D.T.Software");
printf("%p\n", "D.T.Software");
printf("v = %d, *p = %d\n", v, *p);
printf("First = %c\n", *"D.T.Software");
s = "D.T.Software";
while( *s ) printf("%c", *s++);
printf("\n");
return 0;
}
下面为输出结果：
因为 D.T.Software 在全局数据区的起始地址一样，所以两次打印出来的地址一样。
- 小结
- 数组名可看作一个指针，代表数组中0元素的地址
- &a与a在数值上相同，但是意义上不同
- C语言中的字符串常量的类型是 char *
- 当指针指向数组元素时，才能进行指针运算
五、指针与函数
- 问题
- 函数调用时会跳转到函数体对应的代码处执行，那么，如何知道函数体代码的具体位置?
- 深入函数之旅
- 函数的本质是一段内存中的代码（占用一片连续内存)
- 函数拥有类型，函数类型由返回类型和参数类型列表组成
- 例：
| 函数申明 | 类型 |
| int sum(int n); | int (int) |
| void swap(int* pa, int* pb) | void (int*, int*) |
| void g(void); | void (void) |
- 函数的一些事实
- 函数名就是函数体代码的起始地址（函数入口地址)
- 通过函数名调用函数，本质为指定具体地址的跳转执行
- 因此，可定义指针，保存函数入口地址
- 函数指针（ Type func (Type1 a,Type2 b))
- 函数名即函数入口地址，类型为 Type(*)(Type1,Type2)
- 对于 func 的函数，&func 与 func 数值相同，意义相同
- 指向函数的指针：Type (*pFunc) (Type1, Type2) = func;
- 函数指针参数
- 函数指针的本质还是指针（变量，保存内存地址)
- 可定义函数指针参数，使用相同代码实现不同功能
- 注意
- 函数指针只是单纯的保存函数的入口地址
- 因此
- 只能通过函数指针调用目标函数
- 不能进行指针移动(指针运算)
下面看一段代码，理解一下：
#include
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
int mul(int a, int b)
{
return a * b;
}
int calculate(int a[], int len, int(*cal)(int, int))
{
int ret = a[0];
int i = 0;
for(i=1; i 下面为输出结果：
这里注意，只有调用的时候，才能确定 calculate() 子函数中的 cal 是什么函数。
- 再论数组参数
- 函数的数组形参退化为指针！因此，不包含数组实参的长度信息。使用数组名调用时，传递的是0号元素的地址。
void func(int a[ ]) <--> void func (int* a)
<--> void func (int a[1])
<--> void func (int a[10)
<--> void func(int a[100)
下面看一段代码：
#include
int demo(int arr[], int len) // int demo(int* arr, int len)
{
int ret = 0;
int i = 0;
printf("demo: sizeof(arr) = %d\n", sizeof(arr));
while( i < len )
{
ret += *arr++;
i++;
}
return ret;
}
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};
// int v = *a++;
printf("return value: %d\n", demo(a, 5));
return 0;
}
下面为输出结果：
定义的形参arr[]可以进行 *arr++ 的操作，这就说明函数的数组形参退化为指针，因为数组不可以进行 ++ 的运算。
- 小结
- 函数名的本质是函数体的入口地址
- 函数类型由返回类型和参数类型列表组成
- 可定义指向函数的指针：Type (*pFunc) (Type1,Type2);
- 函数指针只是单纯的保存函数的入口地址（不能进行指针运算)
六、指针与堆空间
- 再论内存空间
- 内存区域不同，用途不同
- 全局数据区：存放全局变量，静态变量
- 栈空间：存放函数参数，局部变量
- 堆空间：用于动态创建变量（数组)
- 内存区域不同，用途不同
- 堆空间的本质
- 备用的“内存仓库”，以字节为单位预留的可用内存
- 程序可在需要时从“仓库”中申请使用内存（动态借)
- 当不需要再使用申请的内存时，需要及时归还（动态还)
- 问题
- 如何从堆空间申请内存?如何归还?
- 预备知识-- void*
- void 类型是基础类型，对应的指针类型为 void*
- void* 是指针类型，其指针变量能够保存地址
- 通过 void* 指针无法获取内存中的数据（无长度信息)
- void* 总结
- 不可使用void*指针直接获取内存数据。
- void*指针可与其它数据指针相互赋值。
下面看一段代码：
#include
int main()
{
char c = 0;
int i = 0;
float f = 2.0f;
double d = 3.0;
void* p = NULL;
double* pd = NULL;
int* pi = NULL;
/* void* 指针可以保存任意类型的地址 */
p = &c;
p = &i;
p = &f;
p = &d;
printf("%p\n", p);
// void* 类型的指针无法访问内存中的数据
// printf("%f\n", *p);
/* void* 类型的变量可以直接合法的赋值给其他具体数据类型的指针变量 */
pd = p;
pi = p;
// void* 是例外，其他指针类型的变量不能相互赋值
// pd = pi;
return 0;
}
下面为输出结果：
注意几个问题：
1.void* 指针可以保存任意类型的地址
2.void* 类型的指针无法访问内存中的数据
3.void* 类型的变量可以直接合法的赋值给其他具体数据类型的指针变量
4.void* 是例外，其他指针类型的变量不能相互赋值
- 堆空间的使用
- 工具箱：stdlib.h
- 申请：void* malloc ( unsigned bytes )
- 归还：void free( void* p)
- 堆空间的使用原则
- 有借有还，再借不难（杜绝只申请，不归还)
- malloc申请内存后，应该判断是否申请成功
- free只能释放申请到的内存，且不可多次释放（free 释放的是堆空间的地址）
下面看一段代码感受一下：
#include
#include
int main()
{
int* p = malloc(4); // 从堆空间申请 4 个字节当作 int 类型的变量使用
if( p != NULL ) // 如果申请失败 p 为 0 ，即：空值
{
*p = 100;
printf("%d\n", *p);
free(p);
}
p = malloc(4 * sizeof(int));
if( p != NULL )
{
int i = 0;
for(i=0; i<4; i++)
{
p[i] = i * 10;
}
for(i=0; i<4; i++)
{
printf("%d\n", p[i]);
}
free(p);
}
return 0;
}
下面为输出结果：
- 小结
- 堆空间是程序中预留且可用的内存区域
- void*指针只能能够保存地址，但无法获取内存数据
- void*指针可与其它数据指针相互赋值
- malloc申请内存后，应该判断是否申请成功
- free只能释放申请到的内存，且不可多次释放
七、指针专题经典问题剖析
- 多级指针
- 可以定义指针的指针保存其它指针变量的地址
如：
Type v;
Type *pv = &v;
Type** ppv = &pv;
type*** pppv = &ppv;
下面看一段代码：
#include
#include
int main()
{
int a = 0;
int b = 1;
int* p = &a;
int** pp = &p;
**pp = 2; // a = 2;
*pp = &b; // p = &b;
*p = 3; // b = 3;
printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
return 0;
}
下面为输出结果：
*pp 就是取 pp 里面的内容，而 pp 里面存的内容是 p 的地址，所以 *pp 就相当于p 的内容，而 p 的内容就是 a 的地址，所以说 **p 就相当于 a，**p = 2 也就是把 2 赋值给 a，*pp = &b 即为 p = &b，所以 *p = 3，就是把 3 赋值给 b。
下面再看一段代码：
#include
#include
int getDouble(double** pp, unsigned n)
{
int ret = 0;
double* pd = malloc(sizeof(double) * n);
if( pd != NULL )
{
printf("pd = %p\n", pd);
*pp = pd;
ret = 1;
}
return ret;
}
int main()
{
double* p = NULL;
if( getDouble(&p, 5) )
{
printf("p = %p\n", p);
free(p);
}
return 0;
}
下面为输出结果：
这里特别注意：函数外的一个一级指针指向了这里申请的堆空间
- 再论二维数组
- 二维数组的本质是一维数组
- 即：数组中的元素是一维数组!!
- 二维数组的本质是一维数组
因此：
int a[2][2];
a 就是 &a[0]
a[0] 的类型是 int[2]
可知 a 的类型是 int (*)[2]
下面看一段代码：
#include
#include
int main()
{
int b[2][2] = {{1, 2}, {3, 4}};
int (*pnb) [2] = b; // b 的类型是 int(*)[2]
*pnb[1] = 30;
printf("b[0][0] = %d\n", b[0][0]);
printf("b[0][1] = %d\n", b[0][1]);
printf("b[1][0] = %d\n", b[1][0]);
printf("b[1][1] = %d\n", b[1][1]);
return 0;
}
下面为输出结果：
pnb[0]是[1,2]，pnb[1]经过赋值后是[30,4]，所以*(pnb[1])就是取该数组所代表的第0个元素，也就是30。
下面再看一个代码：
#include
#include
int* func()
{
int var = 100;
return &var;
}
int main()
{
int* p = func(); // OOPS!!!!
// p 指向了不合法的地址，这个地址处没有变量存在
// p 是一个野指针，保存不合法地址的指针都是野指针
printf("*p = %d\n", *p);
*p = 200; // 改变 func 函数中局部变量 var 的值，是不是非常奇怪？？？
printf("*p = %d\n", *p);
return 0;
}
这段代码是有问题的， func() 函数执行后， var 这个变量就会被销毁，所以 p 指向了一个不合法的地址。
- 小结
- 可以定义指向指针的指针（保存指针变量的地址)
- 一维数组名的类型为Type* (变量地址类型)
- 二维数组名的类型为Type (*)[N]（数组地址类型)
- 不要从函数中返回局部变量/函数参数的地址