c语言-指针

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前言

本篇文章叙述了c语言中的一个非常重要的知识点，指针。指针作为学习c语言的重点和难点，掌握指针的用法是必要的。

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一、指针

在介绍指针之前，首先介绍计算机的内存单元。
计算机将内存划分为一个个内存单元，每个内存单元的大小为1个字节。
为了找到每个内存单元，每个内存单元会有一个地址。通过地址可以对内存单元进行操作。
地址由计算机的地址线通过产生高低电平的电信号产生。
对于32位机器，地址线有32根，地址占32位，即4个字节
对于64位机器，地址线有64根，地址占64位，即8个字节。
可以把地址和内存单元的对应关系想象成如图1.1

图1.1 地址-内存单元对应图

1.1 什么是指针？

指针就是地址
而在c语言学习中，习惯将指针变量称作指针。指针变量是存放地址的变量。比如

int a = 10; //表示一个整型变量a存放一个整型值
int *pa = &a; //表示一个整型指针变量pa存放一个整型变量a的地址

上面两个变量在内存中的表示如下（32位机器为例）

图1.2 变量存储

整型变量a存储的是整型值10，int型占4个字节。
指针变量pa存储的是整型变量a的地址，地址在32位机器占4个字节。

1.2 指针变量的大小

在32位机器中，指针变量的大小都是4个字节

图1.3 32位机器指针变量的大小

在64位机器中，指针变量的大小都是8个字节

图1.4 64位机器指针变量的大小

1.3 指针类型的意义

1. 指针类型决定了指针被解引用时，访问指针所指向空间的字节数
   当执行下面代码并查看在内存中的存储方式
   执行int a = 0x11223344后，内存的表示情况如下
   

图1.5 int a = 0x11223344内存表示图

当把a的地址赋值个一个整型指针变量，并通过对指针变量进行解引用时，执行*p = 0后，

图1.6 *pa = 0 内存表示图 分析： 通过对比图1.5和图1.6可知，当执行了*pa = 0，由于int占四个字节，解引用可以访问四个字节，所以整型变量a的四个字节都变成了0。

当把整型指针变量的类型变成字符型指针变量时，下图所示

图1.7 * pa = 0内存表示图 分析： 通过图1.7可知，当执行了*pa = 0，由于char只占一个字节，解引用只能访问一个字节，所以只能把一个字节变成0。

2. 指针类型决定了指针向前或向后走一步跳过多少个字节

分析下面的代码和执行后产生的结果

图1.8 指针类型意义2

分析：
当整型指针变量pi+1时，pi+1的地址是在pi的基础上加了四个字节；
当字符型指针变量pc+1时，pc+1的地址是在pc的基础上加了一个字节；
说明指针类型影响了指针向前走时，跳过了几个字节。具体如图1.9所示：

图1.9

注意：int*和float*不可以通用，虽然解引用时访问的字节数都是四个字节，但是int型数据和float数据的存储方式不一样。

二、野指针

2.1 野指针的成因

1. 指针未进行初始化
   例子，下面的代码就是指针未进行初始化

int main()
{
int* pa;  //指针未进行初始化，pa存的是随机值
*pa = 10; //操作随机地址，属于非法范围
return 0;
}

2. 指针越界访问
   指针越界访问是指使用指针访问数组元素时，指针指向了数组外的空间并且访问这块空间，就会造成指针访问越界

int main()
{
int arr[5] = {0};
int* pa = arr; //arr相当于&arr[0]
int i = 0;
for(i = 0;i <= 5;i++)
{
*(pa + i) = i;
}
return 0;
}

当i = 5时，*(pa+5) = 5相对于arr[5] = 5，造成指针越界访问。

3. 指针指向的空间被释放

int* test()
{
int a = 10;
return (&a);
}

int main()
{
int* pa = test();
*pa = 5;   //指针访问了被释放的空间
return 0;
}

当test()函数被调用完成时，局部变量a的空间会被释放，不属于当前程序，返回的地址不属于这个程序，当操作这个被释放的空间时，属于非法访问。

2.2 避免野指针的方法

1. 指针初始化，如果使用前不清楚指针的指向，可置NULL
2. 小心指针越界访问
3. 指针指向被释放的空间及时置NULL
4. 避免返回局部变量的地址
5. 指针使用之前先检查指针的有效性

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总结

本篇文章介绍了c语言的指针部分知识点，包括指针的含义，指针类型的意义，野指针以及如何避免野指针。