C语言——深入理解指针2

1. 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）

1.1 野指针成因

1.1.1 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;
}

1.1.2 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
		//因为越界的地方存的是随机值，即指针指向随机地址
		*(p++) = i;
	}
	return 0;
}

1.1.3 指针指向的空间释放

• 我们知道自定义函数调用的时候要开辟空间，结束时要回收/销毁空间，可以参考这篇博客——函数栈帧的创建和销毁

#include 

int* test()
{
	int n = 100;
	return &n;
}

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

• 这里当test 函数结束后返回n的地址存储到指针变量p中，但是此时变量n已经被销毁了，既是能找到n未被销毁时的位置，但此时已经不知道这个位置时存储什么的了，即随机值

1.2 如何规避野指针

1.2.1 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，
• 但是这个地址是无法使用的，（因为内存中的一些地址是留给操作系统使用的，0 的位置就是）此时读写该地址会报错
• 初始化如下：

#include 

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

1.2.2 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。

1.2.3 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

#include 
int main()
{
	int arr[10] = {1,2.3.4.5.6.7.8.9.10};
	int* p = arr;
	for (int i=0; i<10; i++)
	{
		*(p++) = i;
	}//此时p已经越界了，要及时把p置为NULL
	p = NULL;
	//下次使用时，判断p不为NULL时再使用
	//……
	p = arr;
	if (p != NULL)
	{
		//……
	}
	return 0;
}

1.2.4 避免返回局部变量的地址

• 造成野指针的第3个例⼦，不要返回函数内局部变量的地址

2. 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”

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()
• 但语句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
• 般我们可以在 Debug 中使用，在 Release 版本中选择禁用 assert 就用，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

3. 指针的使用和传址调用

3.1 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：

size_t strlen ( const char * str );//size_t为无符号整型

• 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;
}

3.2 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;
}

• 当我们运行代码时，结果如下：

• 我们发现其实没产生交换的效果，这是为什么呢？
• 我们来调试一下：

• 我们发现在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x0056fb6c，b的地址是0x0056fb60，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0x0056fa88，y的地址是0x0056fa8c，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;
}

• 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，这里调里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