C语言：指针(1)

一. 内存和地址

比如，我们的内存就相当⼀栋宿舍楼，楼里有很多的房间，每个房间都有一个房间号，每个房间里都住着8个人。这时如果你的朋友想要来找你，我们只需要把房间号告诉他就能快速的找到我们。

然而，，在计算机中每个房间就相当一个内存单元，每个内存单元都有一个编号，每个编号对应着一个房间号，房间里的8个人对应着8个比特位。

1Byte = 8bit
1KB = 1024Byte
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB
1PB = 1024TB

然而，在生活中我们把房间号叫地址，在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。在C语言中我们给地址起了新的名字叫：指针

所以我们可以理解为： 内存单元的编号 == 地址 == 指针

二. 指针变量和地址

1.取地址操作符（&）

在C语言中，如果我们想要的到地址就需要用到取地址操作符（&）

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

在x86环境下

2. 指针变量和解引用操作符（*）

这时，我们已经将a的地址取出来了，我们肯定要将地址存储起来，方便以后的使用，那么我们该如何存储地址呢？这就需要用到指针变量了。

1.指针变量

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

2.指针类型

int* pa = &a;
*是指pa为指针变量
int是指pa指向的对象为int类型

3.解引用操作符 (*)

既然，我们已经将地址存储起来了，那么我们该如何使用他呢？这时就要用到解引用操作符(*)了。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;int* pa = &a;printf("%d\n", *pa);return 0;
}

还是，这段代码如果我们想用指针变量打印a的值我们就可以用*pa来解决。

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;int* pa = &a;*pa = 20;printf("%d\n", a);return 0;
}

同时，如果我们想要改变a的值，我们只需要给*p重新赋值即可。

3.指针变量的大小

我们可以通过代码来了解一下指针变量的大小。

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

在x86环境下

在x64环境下

我们可以看到在x86环境下所有类型指针变量的大小都是4个字节，x64下为8个字节。所以我们可以得出结论。

32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节（x86)
64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节 (x64)
注意指针变量的大小和类型是无关的，只要指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的

那么在相同平台下，大小都相同，那指针变量类型有什么意义呢？

三.指针变量类型的意义

1.指针的解引用

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

在int*类型下，将*pa赋值为0，会将四个值都赋为0

在char*类型下，将*pc赋值为0，只会将第一个赋值为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）。

下面这些时不同的类型，在不同环境下的字节大小

2.指针+-整数

#include <stdio.h>
int main()
{int n = 10;int* pi = &n;char* pc =&n;printf("&n   =%p\n", &n);printf("*pi  =%p\n", pi);printf("*pi+1=%p\n", pi + 1);printf("*pc  =%p\n", pc);printf("*pc+1=%p\n", pc + 1);return 0;
}

我们可以看出， char* 类型的指针变量+1跳过1个字节， int* 类型的指针变量+1跳过了4个字节

指针+1，其实跳过1个指针指向的元素。

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。

例如，如果我们用void* pa存放a的地址，我们发现如果我们要改变a的值，是无法改变的，因为我们并不知道要存放几个字节，同时我们也无法进行指针的运算，因为我们也不知道要跳过几个字节。

四.const

1.const修饰变量

const的作用其实是使变量不能被修改。

我们可以看下面这段代码。

我们可以发现当我们想改变a的值时，我们发现a不许需被修改了，这就是const的作用。

const既然能修饰变量，那么是不是也能修饰指针变量呢，答案是可以的。

2.const修饰指针变量

一般来讲const修饰指针变量，有两种形式，可以放在*的左边，也可以放在*的右边，但两者之间的意义是不⼀样的。

1.const 放在*的左边做修饰

形式:

const int * pa

或者

int const * pa

如果我们想要改变*pa 和pa的值。

我们可以看到当我们想要改变* pa的值时，我们是不被允许的，但是改变pa的值是被允许的。

2.const 放在*的右边做修饰

形式

int * const pa

如果我们想要改变*pa 和pa的值。

我们会发现这时*pa被允许，pa不被允许了。

其实const还有第三种修饰方式，放在左右两边。

3.const 放在左右两边做修饰

形式：

const int * const pa

这时，如果我们想要改变*pa 和pa的值。

我们发现*pa和pa都不被允许改变了。

4.结论

结论：const修饰指针变量的时候
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。
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。
const如果放在左右两边，修饰的是指针指向的内容和指针变量本身，保证了指针指向的内容和指针变量的内容不能被修改。

五.指针运算

指针的基本运算有三种：

指针+- 整数
指针-指针
指针的关系运算

1.指针+- 整数

我们可以举个例子

#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));//p+i 这⾥就是指针+整数}return 0;
}

2. 指针-指针

我们将首地址传给指针变量p,如果指针解引用的值不等于/0，就让p++，直到找到\0的地址，指针就会停在\0的地址处，让p-s(起始地址）就是元素的个数

//指针-指针
#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;
}

3.指针的关系运算

将数组的首地址赋给p,让p<arr+sz,每循环一次p++,让p往下走，打印数组里的值。

//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 sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);while (p < arr + sz) //指针的⼤⼩⽐较{printf("%d ", *p);p++;}return 0;
}

六.野指针

野指针的形成

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;
}

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;
}

3.指针指向的空间释放

在这段代码中，test()函数中，将&n返回后，虽然我们将地址成功返回，但是再返回后n所申请的内存空间会被销毁，空间的到释放后，我们虽然能根据地址找到但是没有访问权限。

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

七.传值调用和传址调用

1.传值调用

这段代码就是经典的传值调用

#include<stdio.h>
int Add(int x, int y)
{return x + y;
}
int main()
{int a, b;scanf("%d %d", &a, &b);int r = Add(a, b);printf("%d\n", r);
}

然而我们看看下一段代码

#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;
}

我们发现a和b的值并没有发生交换。这时我们可以试试另外一种方法。

2.传址调用

#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;
}