初步认识指针

目录

一：内存和地址

1.1 内存

1.2 究竟该如何理解编址

二：指针变量和地址

2.1取地址操作符（&）

2.2指针变量和解引用操作符（*）

2.2.1指针变量

2.2.2如何拆解指针类型

2.2.3解引用操作符

2.3指针变量的大小

三：指针变量类型的意义

3.1指针的解引用

3.2指针+-整数

3.3void*指针

四：const修饰指针

4.1 const修饰变量

4.2const修饰指针变量

五：指针运算

5.1指针-+整数

5. 2 指针-指针

5.3 指针的关系运算

六：野指针

6.1野指针成因

6.2如何规避野指针

6.2.1指针初始化

6.2.2小心越界

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

七：assert断言

八：指针的使用和传址调用

8.1strlen函数的模拟实现

8.2 传值调用和传址调用

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一：内存和地址

1.1 内存

  在了解内存和地址之前，我们想有个生活中的案例：

  假设有⼀栋宿舍楼，把你放在楼里，楼上有100个房间，但是房间没有编号，你的⼀个朋友来找你玩如果想找到你，就得挨个房子去找，这样效率很低，但是我们如果根据楼层和楼层的房间的情况，给每个房间编上号，如：

⼀楼：101，102，103...
⼆楼：201，202，203....
...

  有了房间号，如果你的朋友得到房间号，就可以快速的找房间，找到你。

  生活中，每个房间有了房间号，就能提⾼效率，能快速的找到房间。

  如果把上面的例子对照到计算中，又是怎么样呢？

  我们知道计算上CPU（中央处理器）在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放回内存中，那我们买电脑的时候，电脑上内存是8GB/16GB/32GB等，那这些内存空间如何高效的管理呢？

  其实也是把内存划分为⼀个个的内存单元， 每个内存单元的大小取1个字节 。

  计算机中 常见的单位 （补充）：

  ⼀个比特位可以存储⼀个2进制的位1或者0

bit - ⽐特位
byte - 字节
KB
MB
GB
TB
PB

1byte = 8bit
1KB = 1024byte
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB
1PB = 1024TB

  其中，每个内存单元，相当于⼀个学生宿舍， 一个字节空间里面能放8个比特位 ，就好比同学们

住的八人间，每个人是⼀个比特位。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的门牌号），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。

  生活中我们把门牌号也叫地址，在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。C语言中给地址起了新的名字叫： 指针 。

  所以我们可以理解为：

    内存单元的编号 == 地址 == 指针

1.2 究竟该如何理解编址

  首先，必须理解，计算机内是有很多的硬件单元，而硬件单元是要互相协同工作的。所谓的互相协同工作，至少相互之间要能够进行数据传递。

   但硬件与硬件之间是相互独立的，那么如何通信呢？答案很简单，就是用“线”连起来。

  而CPU和内存之间也是有大量的数据交互的，所以，两者必须也用线连起来。

  不过，我们今天关心一组线，叫做地址总线。

   CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节在内存的什么位置，而因为内存中字节很多，所以需要给内存进行编址。

   计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计完成的。

   钢琴，吉他上面没有写“都瑞米发嗦啦”这样的信息，但是演奏者照样能够精准找到每一个琴弦的每一个位置，这是为何？因为制造商已经在乐器硬件层面设计好了，并且所有演奏者都知道。本质是一种约定出来的共识！

   硬件的地址也是如此。

   我们可以简单理解为，32位机器有32根地址总线，每根线只有两态，表示0，1【电脉冲的有无】，那么一根线就能表示2种含义，2根线就能4种含义，以此类推，32根线，就能表示2的32次方种含义。而且32根地址总线产生32个信息，转化为二进制，组成32位机器下的一个地址。

  地址被下达给内存，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内寄存器。

图示：

  从内存中拿数据的过程叫，读：要读一个数据，通过地址定位到内存，通过数据总线给CPU

  把数据放入内存的过程叫，写：例如：CPU产生一个数字100的数据，要将100放到内存里，这是控制总线发出write的效果信号，地址总线给一个地址，表示这个数据放在内存的这个位置。

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二：指针变量和地址

2.1取地址操作符（&）

  理解了内存和地址的关系，我们再回到C语言，在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间，比如：

  比如，上述的代码就是创建了整型变量a，内存中申请4个字节，用于存放整数10，其中每个字节都有地址，上图中4个字节的地址分别是：

  那我们如何能得到a的地址呢？

  这里就得学习一个操作符(&)-取地址操作符

  

  &a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址。

  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

  那我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值，比如：0x006FFD70，这个数值有时候也是需要存储起来，方便后期再使用的，那我们把这样的地址值存放在哪里呢？答案是：指针变量中。

  指针：指的是地址

  指针变量：用来存放地址的 变量

  一般的，口头说指针是指 指针变量。例如：pa是个指针，是指pa是个指针变量

指针变量也是⼀种变量，这种变量就是用来存放地址的，存放在指针变量中的值都会理解为地址。

2.2.2如何拆解指针类型

我们看到pa的类型是 int* ，我们该如何理解指针的类型呢？

int a = 10;
int * pa = &a;

  这里p左边写的是 int* ， * 是在说明p是指针变量，而前面的 int 是在说明p指向的是整型(int)

类型的对象。

2.2.3解引用操作符

  我们将地址保存起来，未来是要使用的，那怎么使用呢？

  在现实生活中，我们使用地址要找到⼀个房间，在房间里可以拿去或者存放物品。

  C语言中其实也是⼀样的，我们只要拿到了地址（指针），就可以通过地址（指针）找到地（指针）指向的对象，这里必须学习⼀个操作符叫解引用操作符(*)。

上面代码中第44行就使用了解引用操作符， *pa 的意思就是通过pa中存放的地址，找到指向的空间，*pa其实就是a变量了；所以*pa = 0，这个操作符是把a改成了0.

  有人肯定在想，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。

（&：取地址，*：解引用，找到地址；所以&与*一来一去，相互抵消）

2.3指针变量的大小

  前面的内容我们了解到，32位机器假设有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。

  如果指针变量是用来存放地址的，那么指针变的大小就得是4个字节的空间才可以。

  同理64位机器，假设有64根地址线，一个地址就是64个二进制位组成的二进制序列，存储起来就需要8个字节的空间，指针变的大小就是8个字节。

结论：

• 32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节

• 64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节

• 注意指针变量的大小和类型是无关的，只要指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的。

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三：指针变量类型的意义

  指针变量的大小和类型无关，只要是指针变量，在同⼀个平台下，大小都是⼀样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？

  其实指针类型是有特殊意义的，我们接下来继续往下看。

3.1指针的解引用

调试我们可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0，但是代码2只是将n的第⼀个字节改为0。 结论：指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（⼀次能操作几个字节）。

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。

第一个代码将a的四个字节全部改成0，但是第二个字节只是将a的第一个字节改成0.

结论：指针的类型决定了，对指针解引用的使用有多大的权限（一次能操作几个字节）

3.2指针+-整数

  先看一段代码，调试观察地址的变化

我们可以看出，char*类型的指针变量+1，跳过一个字节，而int*类型的指针变量+1跳过4字节。这就是指针变量的类型差异带来的变化。

结论：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）

应用：指针对数组的初步应用

3.3void*指针

  在指针类型中有一种特殊类型是void*类型，可以理解为无具体类型的指针（或者叫泛型指针），这种类型的指针可以用来接受任意类型地址。但是也是也有局限性，void*类型的指针不能直接进行指针的+-指针和解引用运算。

使用void*类型指针进行解引用和指针加减整数时，VS编译器下的报错

这里可以看出，void*类型的指针可以接受不同类型的地址，但是无法直接进行指针运算。

那么，void*类型的指针到底有什么用呢？

一般的，void*类型的指针使用在函数参数部分，用来接收不同类型的地址，这样的设计可以实行泛型编程，使得同一个函数可以处理多种类型的数据，在后续对指针的介绍中会详细介绍。

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四：const修饰指针

4.1 const修饰变量

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给一个指针变量，通过指针变量也可以修改这个变量。但是如果我们希望一个变量加上一些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是const的作用。

上述代码中const使a不能被修改的，但是a的本质还是变量，const只是在语法上做了限制，本质不变，习惯上a为常变量。

此时，我们修改a的值，就不符合const的语法，就会报错，致使无法直接修改a的值。

但是，如果我们饶过a，使用a的地址，去修改a的值就能做到了，虽然这是在打破语法规则。

我们可以看出这里a的值确实修改了，但是我们还是要想一下，我们用const修饰n的本质就是为了a不被修改，但是如果pa拿到了a的地址就能改变a，这样就改变了const的限制了，这肯定使不合理，与我们的初心是相违背的，所以应该让pa拿到a的地址也无法改变a，那该怎么弄呢？

4.2const修饰指针变量

让我们分析以下代码，以此来找到上述问题的答案。

代码一：

在没有const修饰的情况下，pn拿到n的地址后，可以通过pn修改n的值，并且可以改变pn指向的对象，让pn存放m的地址。

代码二：

通过代码二，可以看出，当const修饰在*左边时，不管const在int的左边还是右边，都不能通过pn来改变n的值，但是可以改变pn的指向对象，让pn存放m的地址。

即：const限制的是*pn，不能通过pn来改变pn指向的空间的内容；不限制pn，所以pn可以存放n的地址，也可以存放m的地址

代码三：

通过代码三，可以看出，当const放在*右边时，可以通过pn来改变n的值，但是不能改变pn的指向对象，pn只能存放n的地址，不能再变存放其他变量的地址。

即：cosnt限制的是pn，pn没办法再指向其他变量；没有限制*pn，可以通过pn来修改p所指的对象

代码四：

通过代码四，可以看出，当const修饰*两边时，*pn和pn都受到限制。

结论：const修饰指针变量时

1.const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变，但是指针变量本身的内容可变。

2.const如果放在*的右边，修饰的是变量本身，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容可以通过指针修改。

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五：指针运算

指针的基本运算有三种，分别是：

1.指针+-整数

2.指针-指针

3.指针的关系运算

5.1指针-+整数

因为数组再内存是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，顺藤摸瓜就能找到后面所有元素

5. 2 指针-指针

我们先看一段代码：

由此可以看出，指针减指针是指指针和指针之间的个数，（可以理解为：从arr[0]到arr[9]要走几步），那如果是低地址减高地址呢?

由此可以看出上面的结论并不完全全面。

结论：指针减指针的绝对值是指针和指针之间的个数（前提：两个指针指向同一个空间）

应用：模拟strlen函数

首先，回顾一下strlen函数的使用

strlen统计的是字符串'\0'之前的字符个数

模拟strlen函数：

5.3 指针的关系运算

指针(地址）比较大小

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六：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

1.指针未初始化

2.指针越界访问

3.指针指向的空间释放

当出函数以后，n原本的所在地址里存放的100就已经销毁了，此时p指向这个空间就是非法空间，这样看结果没有什么不对的，但是一旦在打印之前，随便加点什么，破坏了函数的栈，打印的值就不确定了

6.2如何规避野指针

6.2.1指针初始化

如果明确知道指针只想哪里就直接赋值，如果不知道指针指向指向哪里，可以给指针赋值NULL。NULL是C语言的一个标识符常量，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。

#ifdef __cplusplus
 #define NULL 0
 #else
 #define NULL ((void *)0)
 #endif

6.2.2小心越界

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。

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。因为约定俗成了一个规则就是：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。

七：assert断言

assert.h 头件定义了宏 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”。

assert(p!=NULL)

  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a ssert() 有几个好处：它不仅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 。

#define NDEBUG
#include 

  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 版本不影响用户使用时程序的效率。

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八：指针的使用和传址调用

8.1strlen函数的模拟实现

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：

                1 size_t strlen ( const char * str );

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;
}

8.2 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⼀番思考后，我们可能写出这样的代码：

#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;
}

我们发现其实没产生交换的效果，这是为什么呢？

我们发现在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x00baf96c，b的地址是0x00baf960，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0x00baf888，y的地址是0x00baf88c，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);
 Swap2(&a, &b);
 printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
 return 0;
}

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。

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好啦，指针最基础的知识基本都在本篇文章了，要好好消化理解o！