C语言——初阶指针

指针

前言

一、指针是什么？

二、指针和指针类型

2.1指针+-整数

2.2指针的解引用

三、野指针

3.1野指针成因

3.2如何避免野指针呢？

四、指针运算

4.1指针+-整数

4.2指针-指针

4.3指针的关系运算

五、指针和数组

 六、二级指针

七、指针数组

 小结

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系列专栏：C语言初阶篇

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前言

前面我们学完了C语言操作符，相信大家看完之前的内容会对操作符有更加深入的理解，今天我们来开启新的篇章“指针”。

一、指针是什么？

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

总结：指针就是地址，口语中说的指针通常指的是指针变量。

那我们就可以这样理解：内存

我们来看代码>

int main()
{
    int a = 10;//在内存中开辟一块空间
    int* pa = &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，pa就是一个之指针变量。
    return 0;
}

详解图>

 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

补充>

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 （2^32Byte == 2^32/1024KB ==
2^32/1024/1024MB==2^32/1024/1024/1024GB == 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：
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。

二、指针和指针类型

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。

我们来看代码>

int num = 10;
p = #

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;

通过观察上面代码，我们可以看出定义方式是： 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

我们来代码演示一下>

//演示实例
int main()
{
	int n = 10;
	char* pc = (char*)&n;
	int* pi = &n;
	printf("%p\n", &n);
	printf("%p\n", pc);
	printf("%p\n", pc + 1);
	printf("%p\n", pi);
	printf("%p\n", pi + 1);
	return 0;
}

 通过上面结果我们可以看出>>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

int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* pc = (char*)&n;
	int* pi = &n;
	*pc = 0;
	*pi = 0;
	return 0;
}

我们来调试这段代码，观察内存>

 调试到30行我们观察内存可以发现int 类型的n变量0x11223344已经存在内存中；

我们再来调试看>

 执行完32行之后我们发现内存中只被修改了一个字节，因为pc是char*类型的指针变量，一次只能访问一个字节。

我们再来调试往下看>

 z走完33行代码我们发现内存中剩余的三个字节都被修改，这是因为*pi是int*类型的指针变量，一次可以访问四个字节。

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。

三、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. 指针指向的空间释放

int* test()
{
	int a = 10;
	return &a;
}
int main()
{
	int* p = test();
	printf("%d\n", *p);
	return 0;
}

当test函数return &a之后test函数的内存空间就会还给操作系统，main函数中还用int* p接收test函数的返回值，此时已经出现了指针指向不属于该程序的空间。

 当我们执行该程序的时候我们会发现编译器也会给我们报出一个错误“返回局部变量或临时变量的地址: a”。

3.2如何避免野指针呢？

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;//NULL - 空指针，专门用来初始化指针的
	//....
	int a = 10;
	p = &a;
	if (p != NULL)
	{
		*p = 20;
	}
	return 0;
}

四、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
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;
}

画图详解> 

 vp从左向右走，逐个将values数组的每个元素修改为“0”；

4.2指针-指针

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	printf("%d\n", &arr[9] - &arr[0]);
	return 0;
}

运行结果我们可以看出，指针减去指针得到的是他们两个之间的元素个数。

小结>

指针-指针的前提：两个指针要指向同一块空间。

指针-指针的绝对值，得到的结果是两个指针之间的元素个数。

4.3指针的关系运算

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。

五、指针和数组

我们来看个例子>

#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，数组章节讲解了）（回看数组篇）
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： 

#include 
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]);
	for (int 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, 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("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}

 六、二级指针

指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪里？
这就是 二级指针 。

 对于二级指针的运算有：

• *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 .

int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;

• **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 .

**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;

七、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];
char arr2[6];

 那指针数组是怎样的？

int* arr3[5];//是什么？

arr3是一个数组，有五个元素，每个元素是一个整形指针。

 小结

今天我们学习了.指针. 指针和指针类型. 野指针. 指针运算. 指针和数组. 二级指针. 指针数组，相信大家看完有一定的收获。

种一棵树的最好时间是十年前，其次是现在！ 把握好当下，合理利用时间努力奋斗，相信大家一定会实现自己的目标！加油！创作不易，辛苦各位小伙伴们动动小手，三连一波~~~，本文中也有不足之处，欢迎各位随时私信点评指正！

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