C语言——深入理解指针（第二章）

目录

 

1、指针运算

1.1 指针+- 整数

1.2 指针-指针

2、野指针

2.1 野指针成因

1. 指针未初始化

2. 指针越界访问 

3. 指针指向的空间释放

2.2 如何规避野指针 

2.2.1 指针初始化

2.2.2 小心指针越界 

2.2.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

2.2.4 避免返回局部变量的地址 

3、assert断言

4、指针的使用和传址调用

4.1 strlen的模拟实现

4.2 传值调用和传址调用

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1、指针运算

指针的基本运算有三种，分别是：

• 指针+- 整数

• 指针-指针

• 指针的关系运算

1.1 指针+- 整数

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。

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

#include 
//指针+- 整数
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));//p+i 这⾥就是指针+整数
	}
	return 0;
}

注意： 这里的p+i加的是i*sizeof(int)。会指向下一个元素的地址

            指针+-整数还是一个指针

如：

1.2 指针-指针

//指针-指针
#include 
int my_strlen(char* s)
{
	char* p = s;
	while (*p != '\0')
		p++;
	return p - s;
}
int main()
{
	printf("%d\n", my_strlen("abc"));
	return 0;
}

注意：这里的指针-指针是什么意思呢？

           我们借助日期来讲，日期-日期我们知道是两个日期之间的天数

           同理，指针-指针则就是两个指针之间的元素个数

           所以上面的代码的结果就是3

2、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）

2.1 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[0];
	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

#include 
int* test()
{
	int n = 100;
	return &n;
}
int main()
{
	int* p = test();
	printf("%d\n", *p);
	return 0;
}

这里函数返回被销毁，n被释放。

2.2 如何规避野指针 

2.2.1 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。

初始化如下：

#include 
int main()
{
	int num = 10;
	int* p1 = #
	int* p2 = NULL;

	return 0;
}

如果我们想给*p2赋值

看代码：

#include 
int main()
{
	int num = 10;
	int* p1 = #
	int* p2 = NULL;
	*p2 = 100;
	printf("%d",num);
	return 0;
}

这时候就会出现错误。

2.2.2 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。

2.2.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

当指针变量指向⼀块区域的时候，我们可以通过指针访问该区域，后期不再使⽤这个指针访问空间的时候，我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的⼀个规则就是：只要是NULL指针就不去访问， 同时使用指针之前可以判断指针是否为NULL。

我们可以把野指针想象成野狗，野狗放任不管是非常危险的，所以我们可以找⼀棵树把野狗拴起来， 就相对安全了，给指针变量及时赋值为NULL，其实就类似把野狗栓前来，就是把野指针暂时管理起来。

不过野狗即使拴起来我们也要绕着⾛，不能去挑逗野狗，有点危险；对于指针也是，在使用之前，我们也要判断是否为NULL，看看是不是被拴起来起来的野狗，如果是不能直接使用，如果不是我们再去使用。

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,67,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p++) = i;
	}
	//此时p已经越界了，可以把p置为NULL
	p = NULL;
	//下次使⽤的时候，判断p不为NULL的时候再使⽤
	//...
	p = &arr[0];//重新让p获得地址
	if (p != NULL) //判断
	{
		//...
	}
	return 0;
}

2.2.4 避免返回局部变量的地址 

如造成野指针的第3个例⼦，不要返回局部变量的地址。

3、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。

#include 
#include 
int main()
{
	int a = 20;
	int* p=&a;
	p = NULL;
	assert(p != NULL);
	printf("%d",*p);
	return 0;
}

我们运行一下： 

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。

还是上面的代码

#include 
#define NDEBUG
#include 
int main()
{
	int a = 20;
	int* p=&a;
	p = NULL;
	assert(p != NULL);
	printf("%d",*p);
	return 0;
}

再次运行这个代码，就不会报错了。

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 版本不影响用户使⽤时程序的效率。

4、指针的使用和传址调用

4.1 strlen的模拟实现

库函数strlen的功能是求字符串长度，统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。 函数原型如下：

参数str接收⼀个字符串的起始地址，然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数，最终返回长度。 如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历，只要不是 \0 字符，计数器就+1，这样直到 \0 就停止。

参考代码如下：

int my_strlen(const char* str)
{
	int count = 0;
	assert(str);
	while (*str)
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}
int main()
{
	int len = my_strlen("abcdef");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

4.2 传值调用和传址调用

学习指针的目的是使用指针解决问题，那什么问题，非指针不可呢？

例如：写⼀个函数，交换两个整型变量的值

根据以前学过的知识，我们可能会写出这样的代码

#include 
void Swap1(int x, int y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);
	Swap1(a, b);
	printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
	return 0;
}

当我们运行代码，结果如下：

我们发现其实没产⽣交换的效果，这是为什么呢？

调试⼀下，试试呢？

我们发现在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x00cffdd0，b的地址是0x00cffdc4，在调用 Swap1函数时，将a和b传递给了Swap1函数，在Swap1函数内部创建了形参x和y接收a和b的值，但是x的地址是0x00cffcec，y的地址是0x00cffcf0，x和y确实接收到了a和b的值，不过x的地址和a的地址不⼀样，y的地址和b的地址不⼀样，相当于x和y是独⽴的空间，那么在Swap1函数内部交换x和y的值，自然不会影响a和b，当Swap1函数调用结束后回到main函数，a和b的没法交换。Swap1函数在使⽤ 的时候，是把变量本⾝直接传递给了函数，这种调⽤函数的方式我们之前在函数的时候就知道了，这种叫传值调用。 

结论：实参传递给形参的时候，形参会单独创建⼀份临时空间来接收实参，对形参的修改不影响实 参。 所以Swap是失败的了。

那怎么办呢？

我们现在要解决的就是当调⽤Swap函数的时候，Swap函数内部操作的就是main函数中的a和b，直接将a和b的值交换了。那么就可以使用指针了，在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap 函数里边通过地址间接的操作main函数中的a和b，并达到交换的效果就好了。

#include 
void Swap2(int* px, int* py)
{
	int tmp = 0;
	tmp = *px;
	*px = *py;
	*py = tmp;
}
int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);
	Swap1(&a, &b);
	printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
	return 0;
}

⾸先看输出结果：

我们可以看到实现成Swap2的⽅式，顺利完成了任务，这⾥调用Swap2函数的时候是将变量的地址传递给了函数，这种函数调用方式叫：传址调用。

传址调用，可以让函数和主调函数之间建立真正的联系，在函数内部可以修改主调函数中的变量；所以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算，就可以采用传值调用。如果函数内部要修改主调函数中的变量的值，就需要传址调用。

总结：传值调用函数时，函数的实参传递给形参，形参是实参的一份临时拷贝！形参有自己独立               的空间，改变形参不会改变实参。

           传址调用函数时，是将变量的地址传递给了函数，形参改变就会改变实参。