深入理解指针(三)

一、指针运算

1.1指针+-整数

下面我们来看一个指针加整数的例子:

#include<stdio.h>
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));
    }
    return 0;
}

我们可以看到p加上i,再对他们取地址,可以作为数组的下标,相减也同理。

1.2指针-指针

下面我们来看一个指针-指针的例子:

#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;
}

这是模拟函数strlen,来计算字符串长度,我们将p减去原长度s,所得到的就是字符串的长度。

1.3指针的关系运算

#include<stdio.h>
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]);
    while (p < arr + sz)//指针的大小比较
    {
        printf("%d ", *p);
        p++;
    }
    return 0;
}

我们将for循环换成while循环,在里面将p和arr+sz进行比较,p<arr+sz其实就是1.1中的i<sz。

二、野指针

概念:野指针就是至臻纸箱的位置时不可知的(随机的、不正确的)

2.1野指针的成因

2.1.1.指针未初始化

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

2.1.2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;
}

2.1.3指针指向的空间释放

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

2.2如何规避野指针

2.2.1指针初始化

如果明确知道指针指向哪里就直接赋值,如果不知道,可以给指针赋值NULL。NULL是C语言中定义的一个标识符常亮,值是0,0也是地址,这个地址是无法使用的,读写改地址会报错。

初始化如下:

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

2.2.2小心指针越界

一个程序向内存申请了哪些空间,就只能访问哪些,不能超出范围去访问,超出了就是越界访问。

2.2.3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<stdio.h>
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;
}

2.2.4避免返回局部变量的地址

2.1.3中的例子,不要返回局部变量的地址。

三、assert断言

        assert.h这个头文件中定义了宏assert(),用于在运行时确保符合指定条件,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);

        在程序运行到上述代码时,如果p不等于NULL,程序继续运行,如果等于,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() 的使用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 <assert.h> 语句的前面,定义⼀个宏 NDEBUG 。

#define NDBUG

#include<assert.h>

        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。

四、指针的使用和传址调用

例:写出一个函数,交换两个整型变量的值

#include<stdio.h>
void Swap(int x, int y)
{
    int tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    printf("交换前:a=%d,b=%d\n", a, b);
    Swap(a, b);
    printf("交换后:a=%d,b=%d\n", a, b);
    return 0;
}

代码运行的结果如下:

这是为什么呢?

        我们发现在main函数内部,创建了a和b,a的地址是0x0093fe58,b的地址是0x0093fe4c,在调用Swap函数时,将a和b传递给了Swap函数,在Swap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0x0093fd74,y的地址是0x0093fd78,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Swap函数内部交换x和y的值,自然不会影响a和b,当Swap函数调用结束后回到main函数,a和b的没法交换。Swap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。

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<stdio.h>
void Swap(int* px, int* py)
{
    int tmp = 0;
    tmp = *px;
    *px = *py;
    *py = tmp;
}
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    printf("交换前:a=%d,b=%d\n", a, b);
    Swap(&a, &b);
    printf("交换后:a=%d,b=%d\n", a, b);
    return 0;
}

我们可以看到实现成Swap的方式,顺利完成了任务,这里调用Swap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。

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