指针之矢：C 语言内存幽境的精准飞梭

一、内存和编码

指针理解的2个要点：

  1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址
  2. 平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量

总结：指针就是地址，口语中说的指针通常指的是指针变量。

1. 内存

先看一个⽣活中的案例：

假设有⼀栋宿舍楼，把你放在楼⾥，楼上有100个房间，但是房间没有编号，你的⼀个朋友来找你玩， 如果想找到你，就得挨个房⼦去找，这样效率很低，但是我们如果根据楼层和楼层的房间的情况，给每个房间编上号，如：

//⼀楼：101，102，103...
//⼆楼：201，202，203...
//...

有了房间号，如果你的朋友得到房间号，就可以快速的找房间，找到你。

如果把上⾯的例⼦对照到计算机中，⼜是怎么样呢？

  1. 计算机内存的角色：计算机的 CPU 处理数据时，从内存读取数据，处理后的数据也存回内存。常见内存容量有 8GB、16GB、32GB 等。
  2. 内存单元划分：为高效管理内存，将其划分为一个个内存单元，每个内存单元大小通常为 1 个字节。
  3. 计算机存储单位：
    • bit（比特位）：计算机最小信息单位。
    • Byte（字节）：1Byte = 8bit 。
    • 其他单位换算：1KB = 1024Byte，1MB = 1024KB，1GB = 1024MB，1TB = 1024GB，1PB = 1024TB 。

 

2. 编码

  1. 编址的必要性：CPU 访问内存字节空间，需明确其位置。因内存字节众多，所以要对内存编址。
  2. 编址的实现方式：计算机编址依靠硬件设计，而非记录每个字节地址。CPU 与内存间的地址总线发挥关键作用。
  3. 地址总线原理：以 32 位机器为例，它有 32 根地址总线，每根线有 0、1 两态（类似电脉冲有无）。一根线表示 2 种含义，两根线表示 = 4 种含义，32 根线可表示种含义，每种含义对应一个地址。地址信息经地址总线下达给内存，内存找到对应数据，再通过数据总线传入 CPU 内寄存器。

 

二、指针和指针类型

指针是什么？

指针理解的2个要点：

  1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址
  2. 平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量

总结：指针就是地址，口语中说的指针通常指的是指针变量。

1. 取地址操作符

在 C 语言中，创建变量意味着向内存申请空间。 

当我们定义 int a = 10; 时，会在内存中申请 4 个字节来存放整数 10，每个字节都有其对应的地址。如这 4 个字节的地址可能分别为

  • 0x006FFD70
  • 0x006FFD71
  • 0x006FFD72
  • 0x006FFD73
     

要获取变量 a 的地址，我们使用 & 操作符。通过以下代码：

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

打印获得：

006FFD70

详细过程： 

&a取出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，但只要知道第一个字节的地址，就可以顺藤摸瓜访问到全部 4 个字节的数据。

2. 指针变量（存储地址的容器）

通过 & 获取的地址是数值，⽐如：0x006FFD70，需存储以便后续使用，指针变量就是专门存放地址的变量。例如：

#include <stdio.h>
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;
}

指针变量中存储的值被视为地址。

3. 指针变量类型

指针变量类型由所指向对象类型和 * 构成，例如：

int a = 10;
int * pa = &a;

 int *pa，* 表明 pa 是指针变量，int 表示它指向整型对象，即存储何种类型对象的地址，指针变量类型就是：对象类型 + *。

4. 解引用操作符（通过地址访问对象）

获取地址（指针）后，使用解引用操作符 (*) 能找到指针指向的对象。例如：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 100;int* pa = &a;*pa = 0;printf("%d", a);return 0;
}

这里 *pa 借助 pa 中的地址找到对应空间，实际 *pa 就是变量 a，所以 *pa = 0 会将 a 的值改为 0。

5. 指针变量的大小

 指针变量大小取决于地址大小。

  • 32 位机器有 32 根地址总线，一个地址由 32 个 bit 位组成，需 4 字节存储，所以指针变量大小为 4 字节。
  • 64 位机器有 64 根地址线，一个地址由 64 个二进制位组成，需 8 字节存储，指针变量大小为 8 字节。

例如：

#include <stdio.h>
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(char *));printf("%zd\n", sizeof(short *));printf("%zd\n", sizeof(int *));printf("%zd\n", sizeof(double *));return 0;
}

64位情况下 ：

 

32位情况下：

结论：

  1. 32位平台下地址是32个bit位，指针变量⼤⼩是4个字节
  2. 64位平台下地址是64个bit位，指针变量⼤⼩是8个字节
  3. 注意指针变量的⼤⼩和类型⽆关，只要指针类型的变量，在相同的平台下，⼤⼩都是相同的

6. void* 指针 

特性与限制：void* 是特殊指针类型，可理解为无具体类型或泛型指针，能接受任意类型地址。但它不能直接进行指针的 ± 整数和解引用运算。例如：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;void* pa = &a;*pa = 10;return 0;
}

 

应用场景：void* 指针常用于函数参数，接收不同类型数据地址，实现泛型编程，使一个函数能处理多种类型数据。

7. const修饰指针

（1）const 在 * 左边

const 在 * 左边，修饰指针指向的内容，保证该内容不能通过指针改变，但指针变量本身内容可变。例如在 test2 函数中：

void test2()
{int n = 10;int m = 20;const int* p = &n;*p = 20; // 报错p = &m;  // 允许
}

（2）const 在 * 右边

const 在 * 右边：修饰指针变量本身，保证指针变量内容不能修改，但指针指向的内容可通过指针改变。例如在 test3 函数中：

void test3()
{int n = 10;int m = 20;int * const p = &n;*p = 20; // 允许p = &m;  // 报错
}

 （3）两边都有 const

两边都有 const：指针指向的内容和指针变量本身都不能修改。例如在 test4 函数中：

void test4()
{int n = 10;int m = 20;int const * const p = &n;*p = 20; // 报错p = &m;  // 报错
}

const修饰指针变量时：

  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。
  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。

三、指针类型的意义

  1. 指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。
  2. 指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（能操作几个字节）。

1. 指针±整数

 指针类型决定指针前后移动的距离。

#include <stdio.h>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;
}

char* 指针 +1 跳过 1 字节，int* 指针 +1 跳过 4 字节。指针 +1 实际跳过 1 个指针指向的元素，指针也可 -1.

2. 指针的解引用

指针类型决定解引用时的权限，即一次能操作的字节数。

例如以下两段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 0x11223344;int *pi = &n; *pi = 0; return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 0x11223344;char *pc = (char *)&n;*pc = 0;return 0;
}

第一段代码会将 n 的4个字节全部改为0，但是第二段代码却不行。

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。

四、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

1. 指针±整数

原理：由于数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，通过指针加减整数可以方便地找到后续元素。

示例代码： 

#include <stdio.h>
//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;
}

p 是指向数组 arr 第一个元素的指针。通过 p + i 可以将指针移动到数组的第 i 个元素的位置，再使用 *(p + i) 进行解引用，就能访问该元素。在 for 循环中，我们遍历整个数组，依次输出元素。

2. 指针 - 指针

原理：当两个指针都指向同一块内存空间时，可以进行指针相减运算，其结果表示两个指针之间元素的数量。

示例代码：

#include <stdio.h>
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;
}

在 my_strlen 函数中，s 指向字符串的起始位置，p 从 s 开始向后移动，直到遇到 '\0' 终止符。p - s 的结果就是字符串的长度。

3. 指针的关系运算

原理：指针本质是地址，可视为一组二进制数（通常以十六进制显示），有大小之分，即低地址和高地址。可以对指针进行大小比较等关系运算。

示例代码：

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int *p = &arr[0];int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);while(p < arr + sz) //指针的大小比较 {printf("%d ", *p);p++;}return 0;
}

在上述代码中，arr + sz 指向数组最后一个元素之后的位置。通过 p < arr + sz 的关系运算，可确保 p 在遍历数组元素时不会越界。在循环中，使用 *p 输出元素，并将 p 指针向后移动。

五、野指针

1. 野指针的概念

野指针是指指针指向的位置不可知（随机、不正确、无明确限制）。

2. 野指针的成因

（1）指针未初始化

#include <stdio.h>
int main()
{ int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值 *p = 20;return 0;
}

这里 p 作为局部变量未初始化，其值是随机的，对 *p 赋值会导致未定义行为，因为不知道 p 指向何处。

（2）指针越界访问

#include <stdio.h>
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;
}

在 for 循环中，当 i 大于等于 10 时，p 超出了数组 arr 的范围，导致越界，p 成为野指针。

（3）指针指向的空间释放

#include <stdio.h>
int* test()
{int n = 100;return &n;//函数栈帧使用完销毁
}
int main()
{int*p = test();//但p还能找到这块空间printf("%d\n", *p);return 0;
}

test 函数返回局部变量 n 的地址，函数调用结束后栈帧销毁，但 p 仍指向原位置，此时 p 为野指针，访问 *p 会导致问题。

3. 如何规避野指针

（1）指针初始化

原理：明确指针指向时直接赋值地址，不知指针应指向何处时赋值 NULL。

示例代码：

#include <stdio.h>
int main()
{int num = 10;int*p1 = &num;int*p2 = NULL;return 0;
}

p1 指向 num 的地址，而 p2 被初始化为 NULL，表示不指向任何可用地址，访问 NULL 会报错，从而避免意外操作。

（2）注意指针越界

原理：程序只能访问已申请的内存空间，超出范围即为越界。

示例代码：

int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int *p = &arr[0];int i = 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;
}

使用 p 遍历数组后将其置为 NULL，后续使用前检查 p 是否为 NULL，避免使用野指针。

（3）避免返回局部变量的地址

原理：局部变量在函数结束时销毁，其地址不再有效。

#include <stdio.h>
int* test()
{int n = 100;return &n;
}
int main()
{int* p = test();printf("%d\n", *p);return 0;
}

不要返回局部变量的地址，以防止产生野指针。

（4）assert 断言

原理：assert.h 头文件中的 assert() 宏可在运行时确保程序符合指定条件，不符合时报错终止运行

示例代码：

#include <assert.h>
int main()
{int *p = NULL;assert(p!= NULL);return 0;
}

如果 p 为 NULL，程序运行到 assert(p!= NULL) 会终止，并给出报错信息，包括文件名和行号。通过定义 #define NDEBUG 可关闭 assert() 宏，在 Debug 阶段使用可方便排查问题，在 Release 版本可选择禁用，避免影响性能。

六、传值调用和传址调用

1. 传值调用

原理：函数调用时，形参是实参的一份临时拷贝，改变形参不影响实参。

代码示例：

#include <stdio.h>
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;
}

调用 Swap1 函数，由于是传值调用，x 和 y 只是 a 和 b 的副本，交换 x 和 y 的值不影响a 和  b 的值。

2. 传址调用

原理：通过指针传递地址，可在被调函数中修改主调函数的变量。

示例代码：

#include <stdio.h>
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;
}

调用 Swap2 函数，将 a 和 b 的地址传递给 px 和 py，在函数内部通过解引用修改指针所指变量的值，实现了 a 和 b 的交换。

总结

  • 传址调用能让被调函数和主调函数建立真正联系，当需要修改主调函数中的变量时使用。
  • 若仅使用主调函数的变量值进行计算，可采用传值调用。

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.mzph.cn/bicheng/65402.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

springboot478基于vue全家桶的pc端仿淘宝系统(论文+源码)_kaic

springboot478基于vue全家桶的pc端仿淘宝系统(论文+源码)_kaic

摘 要 随着我国经济的高速发展与人们生活水平的日益提高&#xff0c;人们对生活质量的追求也多种多样。尤其在人们生活节奏不断加快的当下&#xff0c;人们更趋向于足不出户解决生活上的问题&#xff0c;网上购物系统展现了其蓬勃生命力和广阔的前景。与此同时&#xff0c;为解…
阅读更多...
Atcoder Beginner Contest 385

Atcoder Beginner Contest 385

比赛链接: Atcoder Beginner Contest 385 Github 链接&#xff1a;ABC385 A - Equally 只有三个数相等或者两个小的数加起来等于最大的数时输出 Y e s Yes Yes&#xff0c;其他时候输出 N o No No。 时间复杂度&#xff1a; O ( 1 ) O(1) O(1)。 #include <bits/stdc…
阅读更多...
Html——12. 定义样式和引入样式

Html——12. 定义样式和引入样式

<!DOCTYPE html> <html><head><meta charset"UTF-8"><title>定义样式和引入样式文件&#xff08;CSS文件&#xff09;</title><style type"text/css">body{font-size: 40px;}</style><link rel"s…
阅读更多...
Kafka优势

Kafka优势

目录 1. 分布式架构 2. 持久化日志与顺序写入 3. 批量处理 4. 异步提交与压缩 5. 消费者组与并行消费 6. 高效的数据复制 7. 无锁设计与多线程模型 8. 幂等性和事务支持 9. 流处理集成 10. 灵活的配置与调优 总结 1. 分布式架构 多 broker 集群&#xff1a;Kafka 是…
阅读更多...
Gitlab17.7+Jenkins2.4.91实现Fastapi/Django项目持续发布版本详细操作(亲测可用)

Gitlab17.7+Jenkins2.4.91实现Fastapi/Django项目持续发布版本详细操作(亲测可用)

一、gitlab设置&#xff1a; 1、进入gitlab选择主页在左侧菜单的下面点击管理员按钮。 2、选择左侧菜单的设置&#xff0c;选择网络&#xff0c;在右侧选择出站请求后选择允许来自webhooks和集成对本地网络的请求 3、webhook设置 进入你自己的项目选择左侧菜单的设置&#xff…
阅读更多...
pathlib:面向对象的文件系统路径

pathlib:面向对象的文件系统路径

pathlib:面向对象的文件系统路径 pathlib官方介绍: Python3.4内置的标准库&#xff0c;Object-oriented filesystem paths&#xff08;面向对象的文件系统路径&#xff09; 文章目录 pathlib:面向对象的文件系统路径1. 使用示例1.1 最常用&#xff1a;获取项目目录1.2 遍历一…
阅读更多...
Hive练习题16-20

Hive练习题16-20

题目16&#xff1a; 同时在线问题 如下为某直播平台主播开播及关播时间&#xff0c;根据该数据计算出平台最高峰同时在线的主播人数。 id stt edt 1001,2021-06-14 12:12:12,2021-06-14 18:12:12 1003,2021-06-14 13:12:12,2021-06-14 16:12:12 1004…
阅读更多...
条款19 对共享资源使用std::shared_ptr

条款19 对共享资源使用std::shared_ptr

目录 一、std::shared_ptr 二、std::shared_ptr性能问题 三、control block的生成时机 四、std::shared_ptr可能存在的问题 五、使用this指针作为std::shared_ptr构造函数实参 六、std::shared_ptr不支持数组 一、std::shared_ptr<T> shared_ptr的内存模型如下图&…
阅读更多...
巩义网站建设：如何打造一个成功的企业网站

巩义网站建设：如何打造一个成功的企业网站

巩义网站建设是企业发展中至关重要的一环。一个成功的企业网站不仅仅是一个展示产品和服务的平台&#xff0c;更是企业形象和品牌的代表。在建设企业网站时&#xff0c;首先要考虑用户体验。网站的设计应简洁明了&#xff0c;易于导航&#xff0c;让用户能够快速找到他们需要的…
阅读更多...
【Maven】聚合与继承

【Maven】聚合与继承

目录 1. 聚合工程 2. 聚合工程开发 3. 继承关系 4. 继承关系开发 5. 聚合与继承的区别 1. 聚合工程 什么叫聚合&#xff1f; 聚合&#xff1a;将多个模块组织成一个整体&#xff0c;同时进行项目构建的过程称为聚合 聚合工程&#xff1a;通常是一个不具有业务功能的”空…
阅读更多...
bash shell的条件语句

bash shell的条件语句

&#xff5e; script% touch if.sh &#xff5e; script% chmod 755 if.sh1.if-then-fi #!/usr/bin/env bashFOOD$1 if [ $FOOD"apple" ] thenecho The food is $FOOD fi exit 0~ script % ./if.sh apple The food is apple如果要将多条语句写在一行&#xff0c;可以…
阅读更多...
猛将：如何在众多信仰中找到属于自己的力量？

猛将：如何在众多信仰中找到属于自己的力量？

Hi&#xff0c;我是蒙&#xff0c;欢迎来到猛将潜意识&#xff0c;带你运用潜意识快速成长&#xff0c;重塑人生&#xff01; 潜意识有猛将&#xff0c;人生再无阻挡&#xff01; 每日一省写作274/1000天 信仰是什么&#xff1f;我们生活在一个信仰流派繁多的时代&#xff0c;…
阅读更多...
jwt在express中token的加密解密实现方法

jwt在express中token的加密解密实现方法

在我们前面学习了 JWT认证机制在Node.js中的详细阐述 之后&#xff0c;今天来详细学习一下token是如何生成的&#xff0c;secret密钥的加密解密过程是怎么样的。 安装依赖 express&#xff1a;用于创建服务器jsonwebtoken&#xff1a;用于生成和验证JWTbody-parser&#xff1…
阅读更多...
RDFS—RDF模型属性扩展解析

RDFS—RDF模型属性扩展解析

目录 前言1. 什么是RDFS&#xff1f;1.1 RDFS的核心概念1.2 RDFS与RDF的区别 2. RDFS的基础概念2.1 类&#xff08;Class&#xff09;2.2 属性&#xff08;Property&#xff09;2.3 关系&#xff08;Relation&#xff09;2.4 定义域&#xff08;Domain&#xff09;2.5 值域&…
阅读更多...
光滑曲线弧长公式的推导

光滑曲线弧长公式的推导

前言 本文将介绍如何用定积分计算空间中一段光滑曲线的弧长。首先我们会给出光滑曲线以及曲线弧长的定义&#xff0c;然后从定义出发&#xff0c;用求黎曼和的思想推导出弧长的计算公式。 光滑曲线的定义 设平面曲线的参数方程为 { x x ( t ) , y y ( t ) , t ∈ [ T 1 , …
阅读更多...
设计一个基于Spring Boot开发的电商网站，部署在阿里云上

设计一个基于Spring Boot开发的电商网站，部署在阿里云上

系统架构设计&#xff0c;包含网络、部署架构等关键信息&#xff0c;要保证系统的高可用。设计中请明确指出使用的产品名称。 为了设计一个基于Spring Boot开发的电商网站系统架构&#xff0c;并确保其高可用性&#xff0c;以下是一个详细的系统架构设计方案&#xff0c;包含网…
阅读更多...
C语言技巧之有条件的累加

C语言技巧之有条件的累加

什么叫有条件的累加&#xff1f; 主要是依靠循环&#xff0c;一般形式是一个在循环里面遍历&#xff0c;另一个只有达到一定的条件才会累加&#xff08;移动到下一个变量&#xff09;&#xff0c;从言语也能看出来&#xff0c;主要是用在字符串和数组里面的&#xff0c;毕竟链表…
阅读更多...
Python基于Django的web漏洞挖掘扫描技术的实现与研究（附源码，文档说明）

Python基于Django的web漏洞挖掘扫描技术的实现与研究（附源码，文档说明）

博主介绍&#xff1a;✌IT徐师兄、7年大厂程序员经历。全网粉丝15W、csdn博客专家、掘金/华为云//InfoQ等平台优质作者、专注于Java技术领域和毕业项目实战✌ &#x1f345;文末获取源码联系&#x1f345; &#x1f447;&#x1f3fb; 精彩专栏推荐订阅&#x1f447;&#x1f3…
阅读更多...
数据结构-c++

数据结构-c++

数据结构 链表设计链表1.进制转换2.顺序表逆置3.链表转置 栈栈的实现 队列队列实现1.逆置队列 二叉树遍历顺序1.树的深度2.左右子树交换3.输出并求出非叶子节点个数 图1.邻接矩阵转换成临界表2.深度优先搜索 查找折半查找算法 排序快速排序 链表 设计链表 #include <iostr…
阅读更多...
简单发布一个npm包

简单发布一个npm包

将自己封装的组件上传到 npm&#xff0c;并在其他项目中下载并使用&#xff0c;是一个非常有用的技能。看完下面这些你就可以自己完成从封装组件到上传 npm 并使用的全过程。 1: 封装组件 首先&#xff0c;你需要创建一个符合标准的 npm 包。假设你已经写好了组件代码&#xf…
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023