C语言：指针与内存
- 内存与地址
- 指针变量
- 取地址
- 指针变量
- 解引用
- 指针的大小
- 指针运算
- 指针 + - 整数
- 指针 - 指针
- 指针关系运算
- const修饰指针
- 字符指针
- 野指针
- assert断言
- 传址调用
内存与地址
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，那这些内存空间如何⾼效的管理呢？
其实计算机会把内存划分为⼀个个的内存单元，以字节为一个基础的内存单元来进行管理。
每个内存单元也都有⼀个编号，有了这个内存单元的编号，CPU就可以快速找到⼀个内存空间。⽣活中我们把⻔牌号也叫地址，在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。C语⾔中给地址起了新的名字叫：指针
计算机内是有很多的硬件单元，而硬件单元是要互相协同⼯作的。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互相独⽴的，那么如何通信呢？
CPU与内存是计算机中分别独立的硬件，如果想要让不同的硬件实现数据交互，那么就需要用电线连起来。而当CPU要访问内存的数据，就需要通过地址来确定访问的内存单元，这个传输地址的数据线就叫做地址总线。
每根电线有两种形态：有电/没电，此时32根地址线就可以表示 2 ^ 32种地址，64根地址线就可以表示2 ^ 64种地址。
指针变量
取地址
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，⽐如：
int a = 10;
上述的代码就是创建了整型变量a，内存中申请4个字节，⽤于存放整数10，其中每个字节都有地址。
那我们如何能得到a的地址呢？
这⾥就得学习⼀个操作符：& 取地址操作符
int a = 10;
&a;//取出a的地址
&a取出的是a所占4个字节中编址最小的字节的地址。
指针变量
那我们通过取地址操作符拿到的地址是⼀个数值，⽐如：0x006FFD70，这个数值有时候也是需要存储起来，⽅便后期再使⽤的，那我们把这样的地址值存放在哪⾥呢？
C语言提供了指针变量，用于存储地址。
int a = 10;
int * pa = &a;
这里的pa就是一个指针变量，其内部存储了a的地址。
这⾥pa左边写的是 int* ， * 是在说明pa是指针变量，⽽前⾯的 int 是在说明pa指向的是整型int类型的对象。
当一个指针指向类型
xxx，这个指针的类型就是xxx*
比如一个指向char类型变量的指针：
char ch = 'w';
char* pc = &ch;
由于指针pc指向的类型是char，所以pc的类型就是char*。
解引用
我们将地址保存起来，未来是要使⽤的，那怎么使⽤呢？
在现实⽣活中，我们使⽤地址要找到⼀个房间，在房间⾥可以拿去或者存放物品。
C语⾔中其实也是⼀样的，我们只要拿到了地址（指针），就可以通过地址（指针）找到地址（指针）指向的对象。
获取指针指向对象的值的操作符叫解引⽤操作符*。
int a = 100;
int* pa = &a;
*pa = 0;
上⾯代码中第3⾏就使⽤了解引⽤操作符， *pa 的意思就是通过pa中存放的地址，找到指向的空间，*pa其实就是a变量了；所以*pa = 0这个操作相当于a = 0。
指针的大小
地址是通过地址线传输的，对于32位机器，其有32根地址总线，那么就需要32个比特位来标识每根地址线的状态，需要4字节来存储指针；对于64位的机器，那么就需要64个比特位来标识每根地址线的状态，需要8字节来存储指针
32位计算机指针大小为4字节
64位计算机指针大小为8字节
注意指针内部只存储地址，与指针的类型无关，只要是指针，大小就是4/8字节。
指针运算
指针也是可以进行运算的，指针有以下运算：
指针 + - 整数
指针对整数的 + - 用于到达下一个指针的位置。
示例：
int n = 10;int* pi = &n;printf("%p\n", pi);
printf("%p\n", pi + 1);
输出结果：
001EF868
001EF86C
通过16进制运算，可以发现两个地址之间相差4，而int类型刚好占用4字节。
再试试char*指针：
char c = 'w';char* pc = &c;printf("%p\n", pc);
printf("%p\n", pc + 1);
输出结果：
00FFFE77
00FFFE78
通过16进制运算，可以发现两个地址之间相差1，而char类型刚好占用1字节。
指针指向的类型占用多少个字节，那么指针+ -整数时就以多少个字节为单位
指针 - 指针
指针 - 指针得到两个指针之间的距离。
示例：
int arr[10] = { 0 };int* p1 = &arr[0];
int* p2 = &arr[5];
int x = p2 - p1;printf("%d", x);
以上示例中，p1指向了数组的第1个元素，p2指向了数组的6个元素，此时两个指针相减得到多少？是指针之间的元素个数5，还是指针之间的字节数4 * 5 = 20 ？
输出结果：
5
可以看到，指针之间的减法也与类型是有关的，指针相减得到的是两个指针有几个指向的元素，而不是单纯的地址相减。
再看一个案例：
int arr[10] = { 0 };int* p1 = &arr[0];
int* p2 = &arr[5];
int x = (char*)p2 - (char*)p1;printf("%d", x);
与刚才代码的唯一区别就是，我们在(char*)p2 - (char*)p1做指针减法的时候，将两个指针转化为了char*类型，此时输出结果是多少？
输出结果：
20
因为char*的指针指向的类型占用1字节，所以5个int类型的空间可以存储20个char，而我们将指针从int*转化为了char*，计算规则就从原来计算可以存放几个int，变成了可以存放几个char了。
指针关系运算
指针关系运算
< 和 > 比两个指针的地址大小
== 和 != 判断两个指针是否相等
const修饰指针
当一个变量被const修饰，那么这个变量就不能被修改。指针也可以被const修饰，但是它的修饰规则不太一样。
怎么样才算修改指针呢？
当我们获得一个指针变量，我们可以修改指针指向内容的值，比如这样：
int a = 10;
int* pa = &a;
*pa = 5;
我们通过指针把变量a的值修改了。
我们也可以修改指针的指向：
int a = 10;
int* pa = &a;
pa = &b;
此时pa这个指针从指向变量a，变成了指向变量b。
那么const修饰时，到底时禁止哪一项不能修改？
这就需要讲解指针的特殊的const修饰规则了：
当
const放在 * 左边，指针指向的内容不能被指针修改
示例1：
const int* pa = &a;pa = &b;//允许修改
*pa = 5;//不允许修改
示例2：
int const* pa = &a;pa = &b;//允许修改
*pa = 5;//不允许修改
对指针来说，const可以放在int左边，也可以放在int右边，效果是一样的。
当const放在 * 右边，指针的指向不能改
示例：
int a = 10;
int b = 5;
int* const pa = &a;pa = &b;//不允许修改
*pa = 5;//允许修改
字符指针
看到一串代码：
const char* p = "hello";
char*类型的指针用于存放char类型的数据，但是以上代码却可以把一个字符串存进char*类型的指针中，这是为什么？
所有常量字符串做表达式时，本质都是首个字符的地址
因此我们也可以把字符串当作指针来输出：
printf("%p", "hello");
输出结果：
00C57BD8
可以看出， "hello"这个字符串整体，代表了一个指针。
所以const char* p = "hello";的本质其实是把字符串“hello”的第一个元素‘h’的地址交给了p指针。
为什么要加const修饰指针？
用双引号引起来的字符串叫做常量字符串，存储在静态区不可以修改，所以在用指针接收时，需要const修饰常量字符串做表达式时，本质都是首个字符的地址。
野指针
野指针的概念：
内存中的一块空间在使用前，是需要申请的。而指针作为直接访问内存的一种手段，当指针指向到、没有申请的空间，那么这就是一个野指针。
野指针的成因：
指针没有初始化
int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值
*p = 20;
return 0;
此处的p指针，没有设置初始值，就直接解引用了。此时指针的值就是一个随机值，而随机的地址，很有可能就访问到了没有向内存申请的空间，故p是一个野指针。
指针越界访问
int arr[10] = {0};
int *p = &arr[0];for(int i = 0; i <= 11; i++)
{*(p++) = i;
}
以上代码中，我们用指针对数组进行了遍历，但是数组的下标是从0-9的，而我们访问到了10与11的位置，此时超过10的空间没被数组申请，访问到了没有申请的空间，p就是野指针了。
指针指向的空间被释放
int* test()
{int n = 100;return &n;
}
int main()
{int*p = test();printf("%d\n", *p);return 0;
}
此时的指针看似指向了&n，即n的地址。但是函数test调用时，会创建独立的栈帧，当函数调用结束，函数内部的变量n也会一起销毁，所以此时的n已经被释放了。p指向了被释放的空间，变成一个野指针。
如果我们的指针一开始没有想好赋什么值，那我们就得到了一个野指针，我们有没有办法让一个没有想好值的指针不是野指针呢？此时就需要空指针了。
NULL是C语言中的空指针，它本质上是数值为0的地址。
当我们没想好一个指针给什么值的时候，就可以给一个空指针：
int* ptr = NULL:
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”。
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 NDEBUG
#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 NDBUG 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，这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在release版本不影响⽤⼾使⽤时程序的效率。
传址调用
写⼀个函数，交换两个整型变量的值：
思考后，你可能会给出这样的答案。
void Swap(int x, int y)
{int tmp = x;x = y;y = tmp;
}
在main函数中调用试试：
int main()
{int a = 0;int b = 0;scanf("%d %d", &a, &b);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;
}
输出结果：
10 20
交换前：a=10 b=20
交换后：a=10 b=20
我们发现其实没产⽣交换的效果，这是为什么呢？
在main函数内部，创建了a和b，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。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，它们只得到了实参的值。
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其实没交换。
Swap函数在调用的时候，是把变量本⾝的值传递给了函数，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。
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就好了。
修改后代码：
void Swap2(int*px, int*py)
{int tmp = *px;*px = *py;*py = tmp;
}
输出结果：
10 20
交换前：a=10 b=20
交换后：a=20 b=10
我们可以看到实现成传递地址的的⽅式，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。
