1.内存和地址

1.1 内存

计算机上CPU（中央处理器）在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放回内存中，那我们买电脑的时候，电脑上内存是8GB/16GB/32GB 等，其实管理方式也是把内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小取1字节。

每个内存单元都有一个地址，C语言中给地址起了一个新的名字：指针。

所以可以理解为：内存单元的编号 == 地址 == 指针

1.2 理解编址

首先，必须理解，计算机内是有很多的硬件单元，而硬件单元是要相互协同工作的。所谓的协同，至少相互之间要能够进行数据传递。但是硬件与硬件之间是相互独立的，那么如何通信呢？这就需要用“线”链接起来。而CPU和内存之间也是有大量的数据交互的，所以，两者必须也用线连起来。

本文先探讨一下“地址总线”，CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节空间在内存的什么位置，而因为内存中字节很多，所以需要给内存进行编址。

计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计完成的。

可以简单理解为，32位机器有32根地址总线，每根线只有两态，表示0,1【电脉冲有无】，那么一根线，就能表示2种含义，2根线就能表示4种含义，每一种含义都代表一个地址。

2.指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）和指针变量

理解了内存和地址的关系，我们再回到C语言，在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间

2.2 解引用操作符（*）

2.3 指针变量的大小

32位机器假设有32根地址总线，由前文所解释，不难知道一个地址就是32个bit位，需要4个字节才能存储。

如果指针变量是用来存放地址的，那么指针变量的大小就得是4个字节的空间才可以。

同理，64位机器就需要8个字节。

3. 指针变量类型的意义

3.1 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。

代码一：

代码二：

通过调试我们可以看到，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。

3.2 指针+-整数

char*类型的指针变量+1，可以跳过1个字节；int*类型的指针变量+1，可以跳过4个字节。这就是指针变量的类型差异带来的变化，指针+1，其实跳过1个指针指向的元素。指针可以+1，也可以-1。

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）。

3.3 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。

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，是因为类型不兼容，而使用void*类型就不会有这样的问题。

4.const修饰指针

4.1 const修饰普通变量

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，那么就需要const。

但是下述代码却能改变const修饰的值。

此处指针p拿到了m的地址，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？

4.2 const 修饰指针变量

一般来讲const修饰指针变量，可以放在*的左边，也可以放在*的右边，意义是不一样的。

5. 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

5.1 指针+-整数

5.2 指针-指针

指针-指针：结果是两个指针之间元素的个数

5.3 指针的关系运算

6.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）

6.1 野指针成因

1.指针未初始化

  

一个局部变量不初始化，它的值是随机的。此时解引用就会形成非法访问。（在VS中直接报错，dev里面给你一个随机值）。

2.指针越界访问

 

当p->arr[10]时，这时候就变成了野指针。

3.指针指向的空间释放

注意看上述想要返回n的地址，但是n是一个局部变量，当函数结束后，内存就被释放了。此时p就变成了野指针。

6.2 如何避免野指针

6.2.1 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，这个地址是无法使用的，读写地址会报错。

6.2.2 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。

6.2.3 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，同时使用指针之前要去判断指针是否为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，其实就类似把野狗拴起来，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的野狗，如果是，则不能直接使用，如果不是，我们再去使用。

6.2.4 避免返回局部变量的地址

上述例子已经说明

7. 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”。

例：     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（返回值为非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0），assert（）就会报错，在标准错误流stderr（就是屏幕上）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 <assert.h>语句的前面，定义一个宏NDEBUG（no debug）。

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 NDEBUG 指令（或者把它注释掉）再次编译，这样就重新启用了assert（）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。

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版本中有利于我们排查问题，在release版本中不影响用户使用时程序的效率。

8.指针的使用和传址调用

8.1 strlen的模拟实现

库函数strlen的功能是求字符串的长度，统计的是字符串中\0之前的字符的个数。

8.2 传值调用和传址调用

例：写一个函数，来交换整型变量的值。

还是那个老问题，函数调用后，内存会被释放，但是当传地址，然后改变值后，就没事了。

作者自述：本文主要针对C语言的指针知识。内容中包含了很多总结内容。本文制作不易，求求动动你们发财的小手点个赞和关注，这是对我创造最大的动力。后续我也会跟进内容，尽量一周至少一次，保证内容的质量。如果有想知道的内容或者有建议的地方，欢迎后台私信或者在本文留言哦。感谢各位的支持捏Thanks♪(･ω･)ﾉ。