C语言指针——初阶

1.指针是什么？

指针理解的2个要点：

1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址
2. 平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量

那我们就可以这样理解：

内存： 每一个字节都有自己对应的地址

指针变量
我们可以通过&（取地址操作符）取出变量的内存其实是地址，把地址可以存放到一个变量中，这个变量就是指针变量

列如，之前我们修改变量是这样修改的

#include 
int main()
{
	int a = 0;
	a = 3;
	return 0; 
}

学习了指针之后，我们可以通过指针变量来修改

#include 
int main()
{
	#include 
int main()
{
	int a = 10;//在内存中开辟一块空间
	int *p = &a;//这里我们对变量a，取出它的地址，可以使用&操作符。
	   //a变量占用4个字节的空间，这里是将a的4个字节的第一个字节的地址存放在p变量中，p就是一个之指针变量。
	*p = 20;//通过解引用就可以修改 a 的值了
	// * 解引用操作符，用来找到指针指向的地址
	return 0;
}

总结：
指针变量，用来存放地址的变量。（存放在指针中的值都被当成地址处理）。
那这里的问题是：

• 一个小的单元到底是多大？（1个字节）
• 如何编址？

经过仔细的计算和权衡我们发现一个字节给一个对应的地址是比较合适的。
对于32位的机器，假设有32根地址线，那么假设每根地址线在寻址的时候产生高电平（高电压）和低电
平（低电压）就是（1或者0）；
那么32根地址线产生的地址就会是：

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000001
…
11111111 11111111 11111111 11111111

这里就有2的32次方个地址。
每个地址标识一个字节，那我们就可以给 （2³²Byte == 2³²/1024KB ==
2³² /1024/1024MB== 2³²/1024/1024/1024GB == 4GB） 4G的空间进行编址。
同样的方法，那64位机器，如果给64根地址线，那能编址多大空间，自己计算。
这里我们就明白：

• 8在32位的机器上，地址是32个0或者1组成二进制序列，那地址就得用4个字节的空间来存储，所以一个指针变量的大小就应该是4个字节。
• 那如果在64位机器上，如果有64个地址线，那一个指针变量的大小是8个字节，才能存放一个地址。

总结：

• 指针变量是用来存放地址的，地址是唯一标示一个内存单元的。
• 指针的大小在32位平台是4个字节，在64位平台是8个字节

2. 指针和指针类型

这里我们在讨论一下：指针的类型
我们都知道，变量有不同的类型，整形，浮点型等。那指针有没有类型呢？
准确的说：有的。
当有这样的代码：

int num = 10;
p = & num;

要将&num（num的地址）保存到p中，我们知道p就是一个指针变量，那它的类型是怎样的呢？
我们给指针变量相应的类型。

char  *pc = NULL;
int   *pi = NULL;
short *ps = NULL;
long  *pl = NULL;
float *pf = NULL;
double *pd = NULL;

这里可以看到，指针的定义方式是： type + * 。
其实：
char* 类型的指针是为了存放 char 类型变量的地址。
short* 类型的指针是为了存放 short 类型变量的地址。
int* 类型的指针是为了存放 int 类型变量的地址。
那指针类型的意义是什么？

2.1 指针±整数

#include 
int main()
{
	int n = 10;
	int* p = &n;//把a的地址存入 int*类型 指针变量 p 中
	char* pc = (char*)&n;//再把a的地址存入 char*类型 指针变量 pc 中
	printf("%p\n", &n);
	printf("%p\n", pc);
	printf("%p\n", pc + 1);
	printf("%p\n", p);
	printf("%p\n", p + 1);
	return 0;
}

%p是打印地址

通过观察地址我们可以发现
char类型的地址+1，地址一次跳过一个字节
int类型的地址+1，地址一次跳过一个字节
总结：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）

2.2 指针的解引用

可以先自己看一下这段代码，算出他的打印结果

#include 
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* pc = (char*)&n;
	int* pi = &n;
	*pc = 0;
	printf("%x\n", n);
	*pi = 0;
	printf("%x\n", n);
	return 0;
}

第一次我们是把 *pc = 0；打印出的结果是十六进制的 11223300
因为 pc 是一个char类型的变量所以他一次访问一个字节
一个字节又是8个bit位，
所以我们只改变了，十六进制数最后的两数字
第二次我们把 int 类型的 *pi = 0；
一次访问4个字节，所以就把 n 变成了零

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（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。

3. 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）

3.1 野指针成因

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
	*p = 20;
	return 0;
}

2. 指针越界访问

#include 
int main()
{
    int arr[10] = {0};
    int *p = arr;
    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;
}

3.2 如何规避野指针

1. 指针初始化
2. 小心指针越界
3. 指针指向空间释放，及时置NULL
4. 避免返回局部变量的地址
5. 指针使用之前检查有效性

#include 
int main()
{
    int *p = NULL;
    //....
    int a = 10;
    p = &a;
    if(p != NULL)
    {
        *p = 20;
    }
    return 0;
}

4. 指针运算

• 指针± 整数
• 指针-指针
• 指针的关系运算

4.1 指针±整数

#define N_VALUES 5
int main()
{
	float values[N_VALUES];
	float* vp;
	//指针+-整数；指针的关系运算
	for (vp = &values[0]; vp < &values[N_VALUES];)
	{
		*vp++ = 0;
	}
	return 0;
}

这段代码的意思为把数组valuse中的值全部赋值为0

4.2 指针-指针

指针-指针得到的是他们之间的字符个数，一般用在数组上
列如求数组长度：

int my_strlen(char* s)
{
	char* p = s;
	while (*p != '\0')
		p++;
	return p - s;
}
int main()
{
	char arr[] = "hello word";
	int ret = my_strlen(arr);
	printf("%d ", ret);
	return 0;
}

总结:指针-指针的绝对值，得到的是它们之间的元素个数

4.3 指针的关系运算

比较两个指针的地址的大小
数组在内存中存放的地址是由低到高

#define N_VALUES 5
int main()
{
	float values[N_VALUES];
	float* vp;
	for(vp = &values[N_VALUES]; vp > &values[0];)
	{
	   *--vp = 0;
	}
}

代码简化, 将代码修改如下：

#define N_VALUES 5
int main()
{
	float values[N_VALUES];
	float* vp;
	for(vp = &values[N_VALUES-1]; vp >= &values[0];vp--)
	{
 	   *vp = 0;
	}
}

之前代码我们每次进入循环后，对 vp-- 然后再 解引用
现在我们是直接 *vp 然后循环上去再进行 vp–，这样就会比之前多–一次

实际在绝大部分的编译器上是可以顺利完成任务的，然而我们还是应该避免这样写，因为标准并不保证它可行。
标准规定：
允许指向数组元素的指针与指向数组最后一个元素后面的那个内存位置的指针比较，但是不允许与
指向第一个元素之前的那个内存位置的指针进行比较。

5. 指针和数组

我们要先了解指针与数组的区别

1.指针和数组是不同的对象
指针是一种变量，存放地址的，大小4/8字节
数组是一组相同类型元素的集合，是可以放多个元素的，大小是取决于元素个数和元素的类型的
2.数组的数组名是数组首元素的地址，地址是可以放在指针变量中的
可以通过指针访问数组

我们看一个例子：

#include 
int main()
{
 int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
    printf("%p\n", arr);
    printf("%p\n", &arr[0]);
    return 0;
}

运行结果：

可见数组名和数组首元素的地址是一样的。
结论：数组名表示的是数组首元素的地址。
2种情况除外,它们都代表整个数组
1.&数组名
2.sizeof（数组名）

那么这样写代码是可行的：

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
int *p = arr;//p存放的是数组首元素的地址

既然可以把数组名当成地址存放到一个指针中，我们使用指针来访问一个就成为可能。
例如：

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	int* p = arr; //指针存放数组首元素的地址
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("&arr[%d] = %p  <====> p+%d = %p\n", i, &arr[i], i, p + i);
	}
	return 0;
}

所以 p+i 其实计算的是数组 arr 下标为i的地址。
那我们就可以直接通过指针来访问数组。
如下：

int main()
{
	int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
	int* p = arr; //指针存放数组首元素的地址
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}

6. 二级指针

现在我也已经知道了一级指针

int a = 0；
int* pa = &a;
pa存放的是a的地址，*pa指向a，所以可以通过
*pa = 10，来间接改变a的值

那么二级指针是什么意思呢？
其实它就是比一级指针多了一个 * ，指向一个一级指针的地址
列如：

#include 
int main()
{
	int a = 0;
	int* pa = &a;//pa存放a的地址，*pa找到a的值

	int** ppa = &pa;
	//ppa存放pa的地址，*ppa找到pa的值，**ppa找到a的值
	return 0;
}

• *ppa 通过对ppa中的地址进行解引用，这样找到的是 pa ， *ppa 其实访问的就是 pa .
• **ppa 先通过 *ppa 找到 pa ,然后对 pa 进行解引用操作： *pa ，那找到的是 a .

对于二级指针的运算有：

int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;
**ppa = 30;
//等价于 *pa = 30;
//等价于a = 30;

7. 指针数组

指针数组是指针还是数组？
答案：是数组。是存放指针的数组。
数组我们已经知道整形数组，字符数组。

int arr1[5];//数组中存放五个int类型的数据
char arr2[6];//数组中存放五个char类型的数据

那指针数组是怎样的？

int* arr3[5];//是什么？
是存放指针的数组