前言：穿越迷雾，探索C语言指针的奇幻之旅

各位少年，大家好，我是博主那一脸阳光，今天给大家分享指针，内存和地址的使用，以及使用。
前言：
在编程的世界中，若论灵活多变、深邃神秘的角色，非“指针”莫属。如同哈利波特手中的魔杖，它赋予了C语言强大的魔法力量，能够直接操控内存空间，实现数据与功能的高效交互。对于许多初识C语言的开发者来说，指针可能像是一扇半掩的门，背后隐藏着令人既好奇又畏惧的秘密花园。

然而，只有深入理解并熟练掌握指针这一核心概念，才能真正领略到C语言的魅力所在——从底层内存管理到高级数据结构构建，从函数调用机制到复杂系统设计，指针无处不在，发挥着举足轻重的作用。这段奇妙的旅程将带你拨开指针表面的层层迷雾，揭示其背后的运行机制与应用技巧，助你在编程领域修炼出更为深厚扎实的内功，为驾驭C语言这艘巨轮驶向技术海洋的更深处奠定坚实基础。

指针变量的意义

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，我们接下来通过指针的解引用来探讨。

int main()
{
int a=100;
int*pa=&a;
double p=3.14;
return 0;
}

指针的解引用

对比，下面2段代码，主要在调试时观察内存的变化

//代码1
#include 
int main()
{
 int n = 0x11223344;
 int *pi = &n; 
 *pi = 0; 
 return 0;
}

//代码2
#include 
int main()
{
 int n = 0x11223344;
 char *pc = (char *)&n;
 *pc = 0;
 return 0;
}

上两段C语言代码中有什么其意呢？
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。

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;
}

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。
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）。

#include
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int i = 0;
int* p = &arr[0];
for (i = 0; i < 10; i++)
{
*p = 1;
p =p+1;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}

这段C语言代码主要功能是初始化一个整型数组，并通过指针遍历并修改数组的元素值，最后输出整个数组的内容。下面是对代码逐行详细解析：

C
#include

引入标准输入输出库（stdio.h），使得程序可以使用printf等输入输出函数。
C
int main()
{
定义主函数main()，它是程序执行的入口点。
C
    int arr[10] = { 0 };
声明并初始化一个包含10个整数元素的数组arr，所有元素初始值均为0。
C
    int i = 0;
    int* p = &arr[0];
定义一个整数变量i并初始化为0，用于后续循环计数。
定义一个指向整型的指针变量p，并将其初始化为指向数组arr的第一个元素（arr[0]）的地址。
C
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        *p = 1;
        p = p + 1;
    }
使用for循环，当i从0递增到9时：
*p = 1;：将当前指针p所指向的内存位置（即数组arr的当前元素）赋值为1。
p = p + 1;：使指针p向前移动一位，即指向数组的下一个元素。
这个循环结束后，数组arr的所有元素都会被设置为1。

C
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
再次使用for循环，从0到9遍历数组arr的所有元素，并使用printf打印每个元素的值，
元素间用空格分隔。
C
    return 0;
}

主函数返回0，表示程序执行成功。
总结来说，这段代码首先定义了一个全零数组，
然后通过指针遍历数组并将每个元素都赋值
为1，最后输出了已赋值后的数组内容，
结果应该是连续的10个“1”。

int main()
{
int a=10;
char ch='w';
void* pv=&a;
void*pv2=&ch;
}

void* 指针

在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void* 类型的，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。但是也有局限性， void* 类型的指针不能直接进
⾏指针的±整数和解引⽤的运算。
举例：

#include 
int main()
{
 int a = 10;
 int* pa = &a;
  char* pc = &a;
 return 0;
}

在上⾯的代码中，将⼀个int类型的变量的地址赋值给⼀个char类型的指针变量。编译器给出了⼀个警
告（如下图），是因为类型不兼容。⽽使⽤void类型就不会有这样的问题。
使⽤void*类型的指针接收地址：

#include 
int main()
{
 int a = 10;
 void* pa = &a;
 void* pc = &a;
 
 *pa = 10;
 *pc = 0;
 return 0;
}

VS编译代码的结果：

这⾥我们可以看到， void* 类型的指针可以接收不同类型的地址，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 void* 类型的指针是使⽤在函数参数的部分，⽤来接收不同类型数据的地址，这样的设计可以
实现泛型编程的效果。使得⼀个函数来处理多种类型的数据，在接下来中中我们会分享。

const修饰指针

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给⼀个指针变量，通过指针变量的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。

```c
#include 
int main()
{
 int m = 0;
 m = 20;//m是可以修改的
 const int n = 0;
 n = 20;//n是不能被修改的
 return 0;
}
```上述代码中n是不能被修改的，其实n本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我
们在代码中对n就⾏修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。
但是如果我们绕过n，使⽤n的地址，去修改n就能做到了，虽然这样做是在打破语法规则。

#include 
int main()
{
 const int n = 0;
 printf("n = %d\n", n);
 int*p = &n;
 *p = 20;
 printf("n = %d\n", n);
 return 0;
}

输出结果：

我们可以看到这⾥⼀个确实修改了，但是我们还是要思考⼀下，为什么n要被const修饰呢？就是为了
不能被修改，如果p拿到n的地址就能修改n，这样就打破了const的限制，这是不合理的，所以应该让
p拿到n的地址也不能修改n，那接下来怎么做呢？

const修饰指针变量

我们看下⾯代码，来分析

#include 
//代码1
void test1()
{
 int n = 10;
 int m = 20;
 int *p = &n;
 *p = 20;//ok?
 p = &m; //ok?
}
void test2()
{
 //代码2
 int n = 10;
 int m = 20;
 const int* p = &n;
 *p = 20;//ok?
 p = &m; //ok?
}
void test3()
{
 int n = 10;
 int m = 20;
 int *const p = &n;
 *p = 20; //ok?

p = &m; //ok?
}
void test4()
{
 int n = 10;
 int m = 20;
 int const * const p = &n;
 *p = 20; //ok?
 p = &m; //ok?
}
int main()
{
 //测试⽆const修饰的情况
 test1();
 //测试const放在*的左边情况
 test2();
 //测试const放在*的右边情况
 test3();
 //测试*的左右两边都有const
 test4();
 return 0;
}

结论：const修饰指针变量的时候

• 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。 •
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。

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
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;
}

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;
}

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）

野指针成因

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;
}

如何规避野指针

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。

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

初始化如下：

#include 
int main()
{
 int num = 10;
 int*p1 = #
 int*p2 = NULL;
 
 return 0;
}

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。
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;
}

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。

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”。
1 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 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 。

#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。
t() 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 strlen的模拟实现
库函数strlen的功能是求字符串⻓度，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，最终返回⻓度。
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;

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。