指针（1）--步入地狱第一步

1.内存和地址

   1.1内存

在这里我们可以把电脑分为三部分

而内存又被划分为了一个个内存单元，每个内存单元的大小取一个字节（Byte),这里我先给大家介绍下内存单位及换算方法

一个bit可以存放一个二进制，所以一个字节可以存放8个二进制位，一个完整的整型需要4个字节的空间，也就是需要4个内存单元，结合图形我们可能会了解的更深刻一些

每个内存单元也都有一个编号（这个编号就相当于宿舍房间门牌号），有了这个内存单元的编号，cpu就可以快速找到一个内存空间，这个编号也成为地址，c语言中给地址起了一个新名字叫指针

总结：1.在计算机中为了方便管理内存，内存会被分为以字节为单位的内存单位

            2.为了方便找到这个内存单元，我们会给每个内存单元一个编号

            3.有了内存单元的编号，就可以快速找到内存单元

            4.编号==地址==地址在C语言中也被称为指针

1.2究竟该如何理解编址

电脑中硬件单元是通过“线”相互协作的，今天我们只介绍一组线——地址总线。

如果我们需要存储一个数据，就需要现在内存空间中找到所需地址，而编址的意义就是通过地址总线输出数据的地址，并在内存中找到地址对应的数据，将数据再通过数据总线传入CPU寄存器。举个例子：加入我们需要存储"3",而它的地址是006FFD70,00122910,1821AB00,0081DDFE,则地址总线就会生成这几个地址到内存中，而内存就可以通过地址找到“3”这个数，并将其通过数据总线传入CPU寄存器

接下来我说明一下地址总线是如何生成地址的：简解：假如32位机器有32根地址总线，每根只有2态，表示0，1（电脉冲有无），那么一根线有2种含义，2根线有4种含义，3根则有2^32种含义，每种含义就代表一个地址。

地址信息被下达给内存，在内存上，就可以找到该地址对应的数据，将数据再通过数据总线传入CPU寄存器。

2.指针变量和地址

   2.1取地址操作符（&）

在理解了内存和地址后，我们知道创建了一个变量就是向内存申请了4个字节的空间

这四个字节的地址就是

这时候如果我们要获取变量地址，就要认识一个取地址操作符-但&取出的地址只是地址较小的字节的地址，就比如一个整型有四个字节，如下所示，&就会打印出006FFD70，而不会打印其他三个虽然整型变量占⽤4个字节，我们只要知道了第⼀个字节地址，顺藤摸⽠访问到4个字节的数据也是可行的

2.2指针变量和解引用操作符（*）

2.2.1指针变量

上文说到我们学会了如何取出地址，地址取出来后我们也需要把他存储在某个地方中，这个地方就是指针变量。指针变量也是一种变量，这种变量就是用来存放地址的，任何存储在指针变量里面的都是地址比如。

2.2.2如何拆解指针类型

2.2.3解引用操作符

根据上文学习可知，每个数据都有地址，只要我们能取出他的地址并引用，就可以使用这个数据，我们要了解一个操作符--*（解引用操作符）。*pa就是取出地址变量中的地址指向的对象，简单来说，*pa就是变量a。如果我们给*pa赋值，也就此相当于给a赋值了。

有同学肯定在想，这⾥如果⽬的就是把a改成0的话，写成 a = 0; 不就完了，为啥⾮要使⽤指针呢？ 其实这⾥是把a的修改交给了pa来操作，这样对a的修改，就多了⼀种的途径，写代码就会更加灵活， 后期慢慢就能理解了。

2.3指针变量的大小

前⾯的内容我们了解到，32位平台假设有32根地址总线，每根地址线出来的电信号转换成数字信号后 是1或者0，那我们把32根地址线产⽣的2进制序列当做⼀个地址，那么⼀个地址就是32个bit位，需要4 个字节才能存储。然而指针变量是用来存放地址的，所以也需要4个字节。同理，如果是64位平台，指针变量则需要8个字节。所以，指针变量的大小取决于平台，而与数据类型和大小无关。

3.指针变量的意义

      3.1指针解引用

当我们调试到*p=0后a的4个字节全部变为了0

接下来我们将指针变量类型变为char*类型，再让*p=0，再看a的变化

通过调试我们发现，再char*类型的p=0后，a只有一个字节44变为了00，与int*类型的p的4个字节全部变为0不同。

由此，我们可以得知一些结论：1.指针类型是有意义的。

2.指针类型变量决定了指针在解引用操作时的权限，也就是一次解引用访问几个字节。//char*类型在解引用是一次访问1个字节，int*类型在解引用时一次访问4个字节。

    3.2 指针+-整数

我们可以看出， char* 类型的指针变量+1跳过1个字节， int* 类型的指针变量+1跳过了4个字节。 这就是指针变量的类型差异带来的变化。

总结：指针类型决定了指针+n/-n操作时跳过几个字节。

这样，我们就可以根据我们学到的知识换种方法打印数组的各个元素了,因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第⼀个元素的地址，顺藤摸⽠就能找到后⾯的所有元素。

但是这种方法局限性就是只能按照顺序打印元素

4.const修饰指针

     4.1const修饰变量

const修饰变量，作用是导致变量不能被修改，如下面例子

     4.2const修饰指针变量

const修饰指针时要分两种情况，第一种是const放在*的右边，一种是放在左边。

1.const放在*右边  限制的是指针变量本身，意思是不能修改指针比变量的指向，但是可以修改指针指向的内容。

2.const放在*左边  限制的是指针指向的内容，意思是不能通过指针来修改指针指向的内容，但是可以修改指针变量本身（const放在*左边时，const int *p和int const*p这两种写法都可以）

5.指针的运算

    5.1指针+-整数

这个知识点在3.2我们讲过，可以运用在数组打印中，我再为大家补充一个例子，打印字符数组元素

   5.2指针-指针

指针减指针得到的值得绝对值时指针与指针之间的元素的个数

学了这个知识后，我们就可以用指针减指针的知识来计算字符数组元素个数,虽然我们有更简单的方法，但是用这种方法计算只是为了让大家更好的理解这个知识点

在用指针之间的减法时，前提是两个指针指向同一块空间，如果来自两个不同数组之间元素的指针相减则灭没有任何意义，因为我们不知道两个数组之间相隔的空间是多少

     5.3指针的关系运算

指针的关系运算实际上就是大小的比较

指针大小也就是地址高低

这里我们可以看到pc地址要小于p的地址的，所以pc

6.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野指针成因

  野指针成因一共有3种

1.指针未初始化

2.越界访问

3.指针指向的空间释放

在这里面我们返回了在函数创建的变量n的地址，由于出函数时n要销毁，所以我们p接受的地址是一个不确定的地址，这样的指针就是野指针，与未初始化的指针性质相似，只不过这个野指针解引用后能返回n=100这个值。

6.2如何规避野指针

  6.2.1指针初始化

如果明确知道指针指向哪⾥就直接赋值地址，如果不知道指针应该指向哪⾥，可以给指针赋值NULL。 NULL 是C语⾔中定义的⼀个标识符常量，值是0，0也是地址，这个地址是⽆法使⽤的，读写该地址会报错。

  6.2.2小心指针越界

⼀个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是 越界访问。    就比如我们野指针成因的第二条一样，数组一共之只有9个元素，第十个元素地址的地址就是野指针了。

  6.2.3指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

当一个指针被置为NULL时，系统就不会去访问它。所以指针不再使用时要置NULL。同样，在使用一个指针前，我们要检验其有效性，也就是检验它是不是NULL，如果不是就可以继续使用。

  6.2.4 避免返回局部变量的地址

如造成野指针的第3个例⼦。

7. assert断言

assert.h 头⽂件定义了宏 assert() ，⽤于在运⾏时确保程序符合指定条件，如果不符合，就报 错终⽌运⾏。这个宏常常被称为“断⾔”。

上⾯代码在程序运⾏到这⼀⾏语句时，验证变量 p 是否等于 NULL 。如果确实不等于 NULL ，程序 继续运⾏，否则就会终⽌运⾏，并且给出报错信息提⽰。

assert() 宏接受⼀个表达式作为参数。如果该表达式为真（返回值⾮零）， assert() 不会产⽣ 任何作⽤，程序继续运⾏。如果该表达式为假（返回值为零）， assert() 就会报错，在标准错误 流 stderr 中写⼊⼀条错误信息，显⽰没有通过的表达式，以及包含这个表达式的⽂件名和⾏号。

assert() 的使⽤对程序员是⾮常友好的，使⽤ assert() 有⼏个好处：它不仅能⾃动标识⽂件和 出问题的⾏号，还有⼀种⽆需更改代码就能开启或关闭 assert() 的机制。如果已经确认程序没有问 题，不需要再做断⾔，就在 #include 语句的前⾯，定义⼀个宏 NDEBUG 。

然后，重新编译程序，编译器就会禁⽤⽂件中所有的 assert() 语句。如果程序⼜出现问题，可以移 除这条 #define NDBUG 指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启⽤了 assert() 语 句。

 

assert() 的缺点是，因为引⼊了额外的检查，增加了程序的运⾏时间。

⼀般我们可以在debug中使⽤，在release版本中选择禁⽤assert就⾏，在VS这样的集成开发环境中， 在release版本中，直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在release版本不 影响⽤⼾使⽤时程序的效率。

8. 指针的使用和传址调用

  8.1 传址调用

在我们解决交换两个数的值时的问题时，我们可以用第三变量，也可以用'^'来解决。但是我们要用函数来解决呢，一番思考后，我们可能写出下面代码

我们发现值并没有被交换，那问题到底出现在哪呢，我们可以通过监视变量地址来得到答案

这种传递值的函数叫做传值调用  传值调时，函数实参传递给行参后，形参是实参的一份临时拷贝，形参拥有自己的独立空间，所以对形参的改变不能影响实参

那既然我们是由于地址不同而造成的修改失败，那我们只用让他们地址一样就可以了。所以我们就要知道怎样传址调用，接下来给大家演示一下。

这样我们就成功了。

  8.2 strlen的模拟实现

前面我们提到过如何使用指针的方法来计算字符串的长度。

但是通过我们assert,const的学习，我们是否可以把代码写得更完美一点呢，接下来我将这个代码完善一下

强健性和鲁棒性概念大家可以去搜一下，我自己总结来说就是代码稳定性，使代码不容易出问题。