【C语言】初阶指针（1）

目录

前言

1. 内存、地址、指针

2. 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（*）

3. 指针变量的大小

4. 指针变量类型的意义

4.1 指针的解引用操作

4.2 指针 +- 整数

5. 指针的算术运算

5.1 指针 +- 整数

5.2 指针 - 指针

5.3 指针的关系运算

结语

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前言

在C语言中，有很多操作都是直接针对内存操作的。指针亦是如此，今天就让我们就来讲解C语言这一大特点，也是难点 —— 指针和指针操作

1. 内存、地址、指针

要想理解内存、地址、指针之间的关系，我们得先理解电脑内存是怎么一回事儿？

在我们购买电脑时，会有各种电脑内存规格：8GB/16GB/32GB……，在电脑处理数据的时候，都是要在内存中读取，数据在处理好后也会放回到内存中。我们都知道，电脑需要处理的数据量是非常庞大的，那么这些内存空间要怎么设计才能更高效管理呢？

其实计算机会把内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小为 1 个字节，每个字节又对应 8 个比特位。每个内存单位元也都有一个编号，有了编号，CPU（中央处理器）就能更快速地找到一个内存空间。

在计算机中，我们把内存单元的编号也成为地址。C语言中也给地址起了一个新称号：指针

所以我们可以认为：内存单元的编号 == 地址 == 指针

2. 指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

在C语言中，我们创建变量时其实都会向内存申请空间。例如，我们创建一个整型变量 a，它在内存中会占据 4 个字节，用于存放整数 1，而每个字节都有地址，我们可以来看看 a 的地址：

我们可以用取地址操作符 & 来获取变量的地址，它需要用 %p 来打印

#include 

int main()
{
	int a = 1;
	printf("%p", &a);
	return 0;
}

打印结果如下：

这时候就会有小伙伴想问，不是说一个整型变量 a 在内存中会占据 4 个字节吗，问什么这里才显示一个地址？哎，问得好！实际上，我们在用 &a 取出地址时，它取出的是 a 所占 4 个字节中地址较小字节的地址。

眼尖的小伙伴也发现了，变量 a 的地址问什么会变化。这是因为在VS2022环境下，变量的地址不是永恒不变的，它是内存随机分配，因此每次打印所得到的地址也会不一样，但这也不影响我们理解内存的本质

2.2 指针变量和解引用操作符（*）

在我们使用取地址操作符（&）拿到一个地址时，我们可以把这个数值存放在指针变量当中，比如：

#include 

int main()
{
	int a = 1;
	int* p = &a;
	return 0;
}

int* p = &a  ————> 取出 a 的地址存放到指针变量 pa 当中

而指针变量也是一种变量，它是专门用来存放地址的，存放在指针变量当中的值我们都理解为地址

我们来解析一下指针变量

int a = 1;
int* p = &a;

p 是指针变量名，在 p 的左边是 int * ， * 号表示 p 是指针变量， int 则表示该指针变量指向的是整型( int )类型的对象，如图：

同理可得，当我们有一个字符类型 char 的变量 b，那么就需要 char * 类型的指针变量来存放它的地址，即 char * p = &b。

对于一个指针来说，我们把指针变量名去掉后，得到的就是指针变量类型，如 char *， int * ……

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我们使用指针变量存放某一变量的地址后，为的是方便后面使用，当我们想要使用它时，就得靠解引用操作符（*）来帮忙，我们先来看一个例子

#include 

int main()
{
	int a = 1;
	int* p = &a;
	*p = 2;
	printf("%d\n", a);
	return 0;
}

运行结果如图：

在上面代码当中，我们就使用了解引用操作符， * p 的意思就是通过 p 中存放的地址，来找到它所指向的空间，即 a ，用 * p = 2 ，来让 a 的值变成 2，因此当我们再打印 a 的值时，结果就为 2

3. 指针变量的大小

指针变量，归根结底也是一种变量。而是变量就会有大小，即占有多少个字节

指针变量相比其他类型的变量，略显特殊，它是专门用来存放地址的，它的大小与所在的环境有关。在 32 位机器下，每个地址都有 32 个比特位，就需要 4 个字节才能存储，因此指针变量的大小就得是 4 个字节。同理，在 64 位机器中，指针变量的大小就为 8 个字节。我们可以在 VS2022 的 X86 和 X64 的环境下，使用 sizeof 关键字来验证一下

        

                                         X86(32位)                                                                                                    X64(64位)

我们可以看到，无论是哪种指针变量类型，得到的大小都是一样的 

总结一下：

• 在 32 位平台下，指针变量的大小是 4 个字节
• 在 64 位平台下，指针变量的大小是 8 个字节
• 注意指针变量的大小与类型无关，只要是指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的

4. 指针变量类型的意义

指针变量大小与类型无关，那为什么还需要各种各样的指针类型呢，哎，这么想不无道理，但创建这么多不同的指针类型还是很有必要的，我们接着往下看

4.1 指针的解引用操作

我们写两段代码，a 的值为 16 进制的 11223344，指针变量 p 我们分别设为 int * 和 char * ，并分别进行解引用操作，监视内存我们可以发现， int * 在解引用后将 a 的四个字节全部改成 0；而 char * 在解引用后则是将 a 的较小的字节改成 0，剩下的三个字节还是不变

         

结论一：指针类型决定了对指针解引用时能有多大的权限，即一次能操作多少个字节。对于char * 类型来说，解引用就只能访问 1 个字节，而对 int * 来说，解引用可以访问 4 个字节

4.2 指针 +- 整数

当指针加减整数时，也与指针类型有关，我们可以来看一段代码

#include 

int main()
{
	int a = 10;
	int* p1 = &a;
	char* p2 = (char*)&a;

	printf("%p\n", &a);
	printf("%p ——> %p\n", p1, p1 + 1);
	printf("%p ——> %p\n", p2, p2 + 1);

	return 0;
}

运行结果如下：

 

通过观察我们可以看出， char * 类型的指针 +1 跳过了 1 个字节，而 int * 类型的指针 +1 则跳过了 4 个字节

结论二：指针类型可以决定指针向前或向后走多少个字节（而我们可以利用这个特性来实现数组的创建和打印）

小练习：使用指针创建一个数组并打印出来

#include 

int main()
{
	int arr[10];
	int i = 0;
	int* p = arr; //数组名即数组首元素的地址
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		scanf("%d", (p + i));
	}
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}

运行结果如下：

在这里所使用的就是结论二，又因数组在内存中是连续存放的，所以只要知道第一个元素的地址，就能顺藤摸瓜地找到后面的元素

5. 指针的算术运算

5.1 指针 +- 整数

还是那个例子，用指针打印数组

#include 

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int i = 0;
	int* p = arr; //数组名即数组首元素的地址
	size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i)); //这里就是指针+-整数
	}
	return 0;
}

运行结果如下： 

 

5.2 指针 - 指针

例子一：求数组中的元素个数

#include 

int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = arr;
	int num = (p + 10) - p;//这里就是指针-指针
	printf("%d\n", num);
	return 0;
}

运行结果如下：

 

在同一数组中，指针 - 指针得到就是两元素相差的个数，因此得到的就是 10

例子二：我们可以写一个函数 my_strlen 来模拟 strlen ，作用是求取字符串的长度

#include 

int my_strlen(char* s)
{
	char* p = s;
	while (*p != '\0')
	{
		p++;
	}
	return p - s;//这里就是指针-指针
}

int main()
{
	int len = my_strlen("abcd");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

运行结果如下：

字符串的最后都会有 '\0' ，我们可以用这个特性来得到字符串的长度。使用 while 循环，当 *p != '\0' 时，p 就 ++；而最后当 *p == '\0' 时，就会跳出循环，返回 p - s 的值，即返回字符串长度，这样我们就能得到字符串的长度了

5.3 指针的关系运算

#include 

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = arr;//arr是数组首元素的地址
	int i = 0;
	size_t sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	while (p < arr + sz)//指针的大小比较
	{
		printf("%d ", *p);
		p++;
	}
	return 0;
}

运行结果如下：

 

结语

今天我们一起学习了指针的一些基础知识，包括指针变量，指针类型等等；如有总结不到位的地方还请多多谅解，若有出现纰漏，希望大佬们看到错误之后能够在私信或评论区指正，博主会及时改正，共同进步！

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