C语言--指针详解（上）--指针基本概念

1. 内存和地址

1.1 内存

内存是计算机中用于存储数据和程序的设备。它是一个由许多存储单元组成的集合，每个存储单元都可以存储一个固定大小的数据。这些存储单元可以被计算机读取和写入，以便在程序运行时存储和检索数据。

内存就好比一家旅馆，里面的房间就好比存储空间，往内存里面存放数据就好比旅客入住，取出数据就好比旅客退房，当所有房间都住满的时候，内存也就存储满了。

在计算机操作中所做的每一步操作都是会产生大小不一的数据的，这些数据都会存储到内存中。

1.2 地址

当有客人来住旅馆的时候，如何准确的告诉该旅客应该去哪个房间？或者要寻找以为旅客时，如何知道他在哪一间房间中？答案是找房间号，只要找到了房间号，也就能精准找到需要找到的旅客。

计算机定位数据也是如此。

在计算机中，每个内存单元都有一个唯一的地址，用于标识该单元，也相当于每个房间有一个独无二的房间号。地址是一个数字，用于访问内存中的数据。计算机使用这些地址来读取和写入内存中的数据。也就是通过房间号来找到里面的人。

地址通常是一个整数，它表示内存中存储单元的位置。例如，在一个32位计算机上，每个地址可以表示2^ 32个不同的内存单元。相当于房间号由4位数字组成，如 0000 代表第一间房间，0001代表第二间房间，那么一共就可以代表 10000 （10 ^ 4）间房间，也就是代表有这么多空间可以用来存储数据。（计算机使用的是二进制表示法，因而 32 位只能表示 2 ^ 32个地址,生活中用的是十进制，所以4 位数字可以表示 10000个房间，即10 ^4个房间）。

当程序需要读取或写入内存中的数据时，它会使用地址来指示要读取或写入的内存单元。程序员可以使用编程语言中的指针来访问内存地址，以便直接读取或写入内存中的数据。指针是一个变量，它存储一个地址，可以用于访问内存中的数据。

2. 指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

在C语⾔中，创建变量其实就是向内存申请空间，⽐如下面这段代码：

#include 

int main()
{
 int a = 10;
 return 0;
}

创建变量会消耗内存，它消耗的方式在于向内存中申请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：

1. 0x006FFD702 
2. 0x006FFD713 
3. 0x006FFD724 
4. 0x006FFD73

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，操作如下：

#include 
int main()
{	int a = 10;
    &a;//取出a的地址 
    printf("%p\n", &a);
    return 0;
}

按照我画图的例⼦，会打印处理：006FFD70，&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（*）

2.3 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。
比如：

#include 

int main()
{
 int a = 10;
 int* pa = &a;//取出a的地址并存储到指针变量pa中 
 
 return 0;
}

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。

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pa左边写的是 int* ， * 是在说明pa是指针变量，⽽前⾯的 int 是在说明pa指向的是整型(int)类型的对象。

那如果有⼀个char类型的变量ch，ch的地址，要放在什么类型的指针变量中呢？答案如下：

char ch = 'w';
char* pc = &ch;

指针解引用：
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）找到地址（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(*)。

#include 
{
int main()
{
 int a = 100;
 int* pa = &a;
 *pa = 0;//此时a 变成了0；
 return 0;
}

上⾯代码中第7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.

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.

2.4 指针变量的大小

• 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。

指针变量的大小可以用 sizeof 关键字来计算。如：

#include 
int main()
{
	int a = 1;
	int* p = &a;
	printf("%zd",sizeof(p));
	return 0;
}

代码会在屏幕上打印出指针变量的大小。

3. 指针变量类型的意义

3.1 指针的解引⽤

在解引用时，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。可以在编译器中进行调试查看。

3.2 指针±整数

先看⼀段代码，调试观察地址的变化。

#include 

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;
}

代码运⾏的结果如下：

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。
**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）。

4. const 修饰指针

const 修饰的是其后面的内容，保证其后面的内容不能够被修改。

例如 const int n = 0,此时的 n 是不可修改的。

当const 修饰指针变量的时候，分为两种情况：

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。

例如：int a=10; int b=1; const int* p = &a
或者int a=10; int b=1; int const* p=&a
此时p=&b是被允许的，但是*p = 2,这种通过对指针来改变指针指向的内容是不被允许的。

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

例如：int a=10; int b=1; int* const p = &a
或者int a=10; int b=1; int* const p=&a
此时p=&b是不被允许的，但是*p = 2,这种通过对指针来改变指针指向的内容是被允许的。

5. 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

5.1 指针 + - 整数

指针 + - 整数的结果是指针往后或往前跳过指针类型个数据。

例如：char* p; p + 1 表示往后跳过一个字节的地址，p - 1 表示往前跳一个字节地址
int* p;p + 1 表示往后跳过四个字节的地址，p - 1 表示往前跳过四个字节的地址
short* p; p + 1 表示往后跳过2个字节的地址， p + 1 表示往前跳过2个字节的地址

5.2 指针 - 指针

指针减指针的结果为两个指针间相差的地址位置个数的绝对值。
例如：0x0011fdf2 - 0x0011fdf1 = 1;
0x0011fdf1 - 0x0011fdf2 = -1;

#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;
}

上面代码的结果为 3.

6. 野指针

6.1 类型

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;
}

6.2 避免方法

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。

2. 当心指针越界

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。

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。

4. 避免返回局部变量的地址

7. 总结

指针是C语言当中最重要的部分之一，熟练掌握指针之后，能加深对于C语言的理解。