【C语言】指针的入门篇，深入理解指针和指针变量

欢迎来sobercq的博客喔，本期系列为【C语言】指针的入门篇，深入理解指针和指针变量

图文讲解指针的知识，带大家理解指针和内存的关系，以及指针的用法，感谢观看，支持的可以给个赞哇。

目录

一、内存和地址

二、变量和地址 

 三、指针变量

四、指针变量的用法(一)

五、指针变量的大小

五、指针变量的用法(二)

六、const关键字

七、指针变量的用法(3)  

八、assert断言

补充：计算机数据存储常见的单位

一、内存和地址

内存，电脑组成的一部分，在这一部分中，我们的cpu在运转的时候从内存中读取数据。那内存的大小又从1G-16G不等等，那它是如何管理的呢？

电脑简易组成： 

 我们把内存划分为一个个的空间大小只有1字节的内存单元，为了找到内存单元，每个内存单元都会有一个内存编号，这样的内存编号在计算机中如果用十六进制表示就如图所示0x00000001……，内存编号我们就把它称作地址。在C语言里，地址就是指针。

内存管理：

二、变量和地址 

了解完内存管理，那么变量的本质其实就是向内存申请空间，空间的大小由数据类型来确定。例如int a = 5；实际上就是向内存申请了一个空间大小为int（4字节），用来存放数据五。那么每个内存单元都会有相对应的地址。

 

那如何取出对应的a地址呢？我们就需要用到取地址操作符&。&这个操作符取出的地址是较小的地址，也可以说是第一个字节的地址。

#include
int main()
{
    int a = 5;
    &a;
    printf("%p\n",&a);
    return 0;
}

 三、指针变量

我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值，例如上图的：010FFCB4，这个数值有时候也是需要存储起来，那我们把这样的地址值存放在指针变量中。 

#include
int main()
{
    int a = 5;
    &a;
    int* ptr = &a;

    return 0;
}

如何理解上述代码？ 

 prt的类型是int*，a的地址是0x010FFCB4，我们通过取地址操作符把a的地址拿出来放到p的空间里。

四、指针变量的用法(一)

我们将地址保存起来，那如何去使用地址呢？

我们用*来对指针变量解引用，获得p存放的地址指向变量的值。我们把*也叫做解引用操作符，或者是间接引用操作符。

#include
int main()
{
    int a = 5;
    int* p = &a;
    *p = 0;
    printf("%d\n", *p);
    return 0;
}

此时*p就相当于a，通过修改*p，我们能修改a的值。 

 

五、指针变量的大小

关键字sizeof可以用来计算指针变量的大小，来看下面一段代码：

#include
int main()
{
    int a = 5;
    int *p = &a;
     
    char c = 'w';
    char* pc = &c;
    
    printf("%d ",sizeof(p));
    printf("%d ",sizeof(pc))

}

如果编译器在x86（32位）的环境下，那么此时两个值都为4，即是4个字节，如果是x64（64位），那么二者的值都为8，即八个字节。 

指针变量是为了存放地址，所以其大小跟数据类型无关，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，只要指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的。

五、指针变量的用法(二)

 1.不同类型的大小

首先是看以下类型，在不同环境下的内存大小

x64：

x86：

2.指针解引用 

 我们把num当中的值用11223344都存入进去：

此时num的地址： 

 

此时p的地址：

请读者思考以下代码

1.p指针变量能否存放下以下地址

2.p指针变量解引用后修改几个字节？

#include
int main()
{
	int num = 0x11223344;

	char* p = #
	*p = 0;

	return 0;
}

 答案：

p能存放下num的地址，都是4字节，但其修改时只修改了一个字节。因此类型的作用便是让p在解引用的时候操作的空间大小，例如char操作一个字节，int操作四个字节。

3.指针的运算

指针加减整数

#include
int main()
{
	int num = 0x11223344;

	int* pn = #
	char* p = #
	
	printf("&num = %p\n", &num);
	printf("pn地址 = %p\n", pn);
	printf("pn+1地址 = %p\n", pn + 1);
	printf("p地址 = %p\n",p);
	printf("p+1地址 = %p\n", p + 1);

	return 0;
}

 结果如下所示：

 指针加减整数的距离（空间大小）取决于指针类型，即int走四个字节，char走一个字节。

4.指针访问数组

首先我们来回顾一下数组下标访问

因为这里我们定义的是整形数组，所以我们要是想用指针访问数组的话，就必须使用整型指针，即int*。

#include
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	//指针访问
	int* p = arr;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d " , *(p + i));
	}

	return 0;
}

 p+i是我们走的步长，比如我们从开始走，一次访问越过四个字节，如下图所示

我们对p+i进行解引用后，得到就是数组存储的值； 

地址是从低到高变化的。 

六、const关键字

 我们知道变量是可以修改的，如果我们不希望这个值被修改，我们要对它进行限制，那const关键字的用法就是限制变量不被修改

例如以下代码

#include
int main()
{
	const int i = 6;
	printf("%d ", i);
	i = 4;
	return 0;
}

编译器提示我们，表达式左边必须是可修改的。但是我们现在学习了指针，我们可以绕过const这个门卫。

但是我们现在也不希望任何情况都能修改i的值呢？

接下来我们看const修饰指针，const修饰指针分两种情况，一种是在*左边，一种是在*右边。

 假设我们把const放在*左边

#include
int main()
{
	int n = 5;
	int m = 50;
	
	const int* p = &n;
	*p = 4;
	p = &m;

	return 0;
}

假设我们把const放在左边，修改*p和p的值，来验证const有什么效果，编译器提示我们

所以const如果放在*的左边，限制的是指针所指向的内容，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。

同理验证const如果放在*右边， 

所以const如果放在*的右边，限制的是指针变量本⾝，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针所指向的内容，可以通过指针改变。 

 如果*两边都有const呢？

那它就会集齐两者，使其变成完全不能修改的p。

七、指针变量的用法(3)  

(1).指针-指针

我们说指针就是地址，所以指针减去指针其实就是地址减去地址，但注意指，针减去指针是有前提的，必须在一段空间内才能进行相减，也就是两个指针必须指向同一段空间。

#include
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int ret = &arr[9] - &arr[0];

	printf("%d ", ret);
	ret = &arr[0] - &arr[9];

	printf("%d ", ret);
	return 0;
}

我们得到的结果是九和负九

所以指针减去指针，其的绝对值就是元素的个数。

(2).指针的关系运算

 指针的关系运算，就是地址的关系运算，地址相互比较。

我们可以利用关系运算来打印数组

#include
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	
	int* p = arr;
	while (p < arr + sz)
	{
		printf("%d ", *(p++));
	}

	return 0;
}

结果如下： 

(3).野指针 

 概念：野指针说的是指针指向的位置是未知的，不清楚的，（随机的、不正确的、没有明确限制的）

第一种情况是，指针未初始化，造成野指针

第二种情况是，指针越界访问

第三种情况是，指针指向的空间释放

#include

int* test()
{
	int n = 5;
	return &n;
}

int main()
{
	//指针未初始化
	int* p1;//野指针
	*p1 = 20;

	//指针越界访问
	int arr[10] = { 0 }; 
	int* p2 = &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
		*(p2++) = i;      
	}

	//指针指向的空间释放
	//局部变量出作用域会销毁，如果此刻返回那么指针就是野指针
	int* p3 = test();
	
	return 0;
}

为了规避野指针必须注意的几个点：

1.用NULL赋值指针，初始化指针

2.在写前思考清楚，避免越界访问

3.当指针变量不再使⽤时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

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。

(4).指针的传址调用

最经典的就是交换函数中的两个值了

void Swap(int* n1,int* n2)
{
	int tmp = *n1;
	*n1 = *n2;
	*n2 = tmp;
}

int main()
{
	int a = 5;
	int b = 10;
	Swap(&a, &b);
	printf("%d %d", a, b);
	return 0;
}

 结果如下：

(5).指针加减整数

指针加减整数，也向前文讲述的差不多，因为数组在内存中是连续存储的，所以我们通过知道数组首元素地址，就可以知道后面的数组元素值。指针加减整数，它所走的空间大小就是类型的大小。

在这里说明一下p+i等价于&arr[i], *(p+i)==arr[i],

例：字符数组的打印

#include
int main()
{
	char arr[] = "abcdef";

	char* pc = arr;
	while (*pc != '\0')
	{
		printf("%c ", *(pc++));
	}

	return 0;
}

八、assert断言

C语言提供了一个宏，在头文件assert.h 中定义了宏   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);

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0）， 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。我们常常使用它来检查指针是否非0。 

当p为空指针，则这里会提示以下报错。

如果我们想在debug的调试下关闭assert断言，我们需要用下列代码

#define NDEBUG 

补充：计算机数据存储常见的单位

计算机常见的存储单位：bit, Byte, KB, MB, GB, TB, PB,……

换算关系：

感谢各位同伴的支持，本期指针就讲解到这啦，如果你觉得写的不错的话，可以给个赞，若有不足，欢迎各位在评论区讨论。