C语言基础 9. 指针

9.1. &

• 运算符&:

  • scanf(“%d”, &i);里的&

  • 获得变量的地址, 它的操作数必须是变量

    • int i;printf(“%x”, &i);

  • 地址的大小是否与int相同取决于编译器和操作系统

    • int i; printf(“%p”, &i);
    • %p: 让printf()输出地址(一个十六进制的数)

• &不能取的地址:

  • 不能对没有地址的东西取地址
    • printf(“%p”, &(a + b));
    • printf(“%p”, &(a++));
    • printf(“%p”, &(++a)); //error: 表达式必须为左值或函数指示符

• 试试这些&:

  • 变量的地址

    • printf(“%p\n”, &i);

  • 相邻变量的地址

    • 相邻变量: 指的是定义在相邻位置的变量, 即int i; int p; int b;, 这三个变量是相邻创建的, 也就意味着它们的地址也是相邻的

    • printf(“%p\n”, &i); //000000BE57CFFB14

    • printf(“%p\n”, &p); //000000BE57CFFB34

    • printf(“%p\n”, &b); //000000BE57CFFB54

      • i和p的地址的差值为20byte, p和b的地址的差值为20byte, 按理来说, 它们之间的差值应该是sizeof(i)=4byte, 这是为什么呢?

    • 通过上网查询以及对收集到的信息进行的反复试验, 得出了一些结论

      • 在32位操作系统上:
        • F4-E8=12, 两个相邻变量, Debug模式下, 在int变量的前后各增加了4个字节, 用于存储调试信息, a的后面4个字节, b的前面4个字节, 再加上a本身的4个字节, 刚好是12个字节. 32位上的堆栈内存分配是自上而下, 从大到小, 即F4>E8

      	int a;	//a4 4 4bint b;printf("%p\n", &a);//00D8FDF4printf("%p\n", &b);//00D8FDE8	printf("%d\n", sizeof(a));//4printf("%d\n", sizeof(b));//4printf("%d\n", sizeof(&a));//4printf("%d\n", sizeof(&b));//4
      

      • 在64位操作系统上:
        • 904-8E4=20, 在64位上面, 变量的地址内存变成了8个字节, 同时在编译器的Debug模式下, 存放调式信息的大小也变成了8个字节, a后面8个字节, b前面8个字节, 再加上a本身的4个字节, 刚好是20个字节. 64位的堆栈内存分配是从小到大8E4<904
          

      	int a;	//a8 4 8bint b;printf("%p\n", &a);//0000006CC111F8E4printf("%p\n", &b);//0000006CC111F904	printf("%d\n", sizeof(a));//4printf("%d\n", sizeof(b));//4printf("%d\n", sizeof(&a));//8printf("%d\n", sizeof(&b));//8
      

      • 更改32位或64位, 配置管理器当中的两个选项都要改成64或者32
        

        
        

      • 在64位操作系统上不使用Debug模式, 而是使用Release模式:

        • Debug模式是为了存储调试信息用的, 便于程序员调试错误, 改进代码

        • Release模式是相当于发行版本, 是让用户直接使用的, 所以里面不存放调试信息, 所以两个相邻变量之间的内存相差就等于这两个变量的类型的大小, 也就是sizeof(a)

        • 更改Debug和Release模式
          

  • &的结果的sizeof

    • printf(“%lu\n”, sizeof(&i));

  • 数组的地址
    int arr[10];
    printf(“%p\n”, &arr);
    printf(“%p\n”, arr);
    

  • 数组单元的地址

    • printf(“%p\n”, &arr[0]);

  • 相邻的数组单元的地址
    printf(“%p\n”, &arr[0]);//0000000FF50FF940
    printf(“%p\n”, &arr[1]);//0000000FF50FF944

    • 相差了一个sizeof(int)
    • 通过测试数组的地址得出的结论: &arr = arr = &arr[0]

• 用于测试的代码:

#include <stdio.h>int main() {//int i = 0; //int p = 0;//int b = 1;//printf("%p\n", &i);//printf("%p\n", &p);//printf("%p\n", &b);//printf("0x%x\n", &i);//printf("%p\n", &i);//printf("%lu\n", sizeof(int));//printf("%lu\n", sizeof(&i));//printf("%lu\n", sizeof(&p));///*int a = 1;//int b = 2;//printf("%p", &(a + b));//printf("%p", &(a++));//printf("%p", &(++a));*///int arr[10];printf("%p\n", &arr);//0000000FF50FF940printf("%p\n", arr);//0000000FF50FF940printf("%p\n", &arr[0]);//0000000FF50FF940printf("%p\n", &arr[1]);//0000000FF50FF944return 0;
}

9.2. 指针

• 经典语录:

  • 学计算机一定要有一个非常强大的心理状态, 什么呢? 计算机的所有东西都是人做出来的, 别人能想得出来的, 我也一定能想得出来. 在计算机里头没有任何的黑魔法, 所有的东西只不过是我现在不知道而已, 总有一天我会把所有的细节, 所有的内容的东西全部搞明白了.

• scanf:

  • scanf()是一个函数, 在它当中有办法拿我们传进去的地址, 把它从标准输入里面分析出来的整数, 放到我们所指定的那个变量里面去

  • 如果能够将取得的变量的地址传递给一个函数, 能否通过这个地址在那个函数内访问这个变量?

    • scanf(“%d”, &i);

  • scanf()的原型应该是怎么样的? 我们需要一个参数能保存别的变量的地址, 如何表达能够保存地址的变量? 如果把它交给一个整数, 有时候整数和地址不见得是相同的类型, 那么什么样的类型可以接收取地址得到的地址呢?

• 指针:

  • 保存地址的变量
    int i = 1;
    int* p = &i;//p存放了i的地址, 表示p这个指针指向了变量i
    int* p, q;//p表示指针, q表示int
    int *p, q;

• 指针变量:

  • 普通变量的值是实际的值
  • 指针变量的值是具有实际值的变量的地址

• 作为参数的指针:

  • void f(int* p);
  • 在被调用的时候得到了某个变量的地址
    • int i = 0;
    • f(&i);
  • 在函数里面可以通过这个指针访问外面的这个i

• 访问那个地址上的变量*:

  • *: 是一个单目运算符, 用来访问指针的值所表示的地址上的变量
  • *: 可以做右值也可以做左值
    • int k = *p;
    • *p = k + 1;

• 传入地址:

  • int i;
  • scanf(“%d”, i);
  • 编译没有报错, 但是执行出错了, 为什么?
    • scanf()以为你传进去的是一个地址, 但是你传进去的是一个整数, 然后它用这个整数来做事情, 所以编译不一定出错, 但是运行一定会报错, 因为scanf()把读到的整数写到了不该写的地方

#include <stdio.h>void f(int* p);
void g(int k);int main() {/*int i = 1;int* p = &i;int* p, q;int *p, q;printf("%p\n", p);*/int i = 0;printf("&i = %p\n", &i);f(&i);g(i);printf("i = %d\n", i);return 0;
}void f(int* p) {printf("*p = %d\n", *p);*p = 2;printf("*p = %d\n", *p);
}void g(int k) {printf("k = %d\n", k);
}

9.3. 指针的使用

• 指针应用场景一:

  • 交换两个变量的值swap()函数

• 场景二:

  • 函数返回多个值, 某些值就只能通过指针返回
    • 传入的参数实际上是需要保存带回的结果的变量
  • 找出数组中的最大最小值minmax()函数

• 场景三:

  • 函数返回运算状态, 结果通过指针返回

  • 常用的套路是让函数返回特殊的不属于有效范围内的值来表示出错:

    • -1或0(在文件操作会看到大量的例子)

  • 但是当任何数值都是有效的可能结果时, 就得分开返回

    • 后续的语言(C++, Java)采用了异常处理机制来解决这个问题

  • 两个整数做除法divide()函数, 如果除法成功, 返回1, 否则返回0

• 野指针(指针最常见的错误):

  • 定义了指针变量, 还没有指向任何变量, 就开始使用指针, 这样会导致程序崩溃
    • int* p;
    • *p = 1;

• swap函数, 交换两个变量的值

#include <stdio.h>void swap(int* pa, int* pb);int main() {int a = 1;int b = 2;swap(&a, &b);printf("a = %d\n", a);printf("b = %d\n", b);return 0;
}void swap(int* pa, int* pb) {int tmp = *pa;*pa = *pb;*pb = tmp;
}

• minmax函数, 找出数组中的最大最小值

#include <stdio.h>void minmax(int a[], int length, int* min, int* max);int main(void) {int a[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,12,13,14,16,17,21,23,55, };int min, max;int length = sizeof(a) / sizeof(a[0]);minmax(a, length, &min, &max);printf("min = %d, max = %d\n", min, max);return 0;
}void minmax(int a[], int length, int* min, int* max) {*min = *max = a[0];for (int i = 1; i < length; i++) {if (a[i] < *min) {*min = a[i];}else if (a[i] > *max) {*max = a[i];}}
}

• 两个整数做除法divide()函数, 如果除法成功, 返回1, 否则返回0

#include <stdio.h>int divide(int a, int b, int* result);int main(void) {int a = 5;int b = 2;int c;if (divide(a, b, &c) == 1) {printf("%d / %d = %d\n", a, b, c);}return 0;
}int divide(int a, int b, int* result) {int ret = 1;if (a == 0) ret = 0;else {*result = a / b;}return ret;
}

• 野指针

#include <stdio.h>int main(void) {int k;int* p;k = 0;*p = 1;return 0;
}

9.4. 指针与数组

• 传入函数的数组变成了什么?

  • 函数参数表中的数组实际上是指针
    • sizeof(a) == sizeof(int*)
    • 但是可以用数组的运算符[]进行运算

• 数组参数:

  • 以下四种参数原型是等价的:
    • int sum(int* arr, int n);
      int sum(int* , int );
      int sum(int arr[], int n);
      int sum(int [], int );

• 数组变量是特殊的指针:

  • 数组变量本身表达地址, 所以

    • int a[10];
      int* p = a; //无需用&取地址
      但是数组的单元表达的是变量, 需要用&取地址
      &a[0], &a[1]
      a == &a[0]

  • []运算符可以对数组做, 也可以对指针做
    p[0] <==> a[0]

  • *运算符可以对指针做, 也可以对数组做
    *a = 25;

  • 数组变量是const的指针, 所以不能被赋值
    int a[] <==> int* const a =…

• 用于测试的代码:

#include <stdio.h>void minmax(int a[], int length, int* min, int* max);int main(void) {int a[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,12,13,14,16,17,21,23,55, };int min, max;printf("main sizeof(a) = %lu\n", sizeof(a));printf("main a = %p\n", a);int length = sizeof(a) / sizeof(a[0]);minmax(a, length, &min, &max);printf("min = %d, max = %d\n", min, max);printf("a[0] = %d\n", a[0]);return 0;
}void minmax(int a[], int length, int* min, int* max) {printf("minmax sizeof(a) = %lu\n", sizeof(a));printf("minmax a = %p\n", a);a[0] = 1000;*min = *max = a[0];for (int i = 1; i < length; i++) {if (a[i] < *min) {*min = a[i];}else if (a[i] > *max) {*max = a[i];}}
}

9.5. 指针与const

• 指针与const:

  • 指针可以是const, 它所指的那个变量也可以是const

• 如果指针是const:

  • 表示一旦得到了某个变量的地址, 不能再指向其他变量
    • int* const q = &i;//q是const
      *q = 26;
      q++; //error

• 如果它所指的变量是const:

  • 表示不能通过这个指针去修改那个变量(并不能使得那个变量成为const)
    • int i, j;
      const int* p = &i;
      *p = 26;//error //*p是const
      i = 26;
      p = &j;

• 这是啥意思?

  • const int* p
    int const* p //上面两个是一样的
    int* const p

  • 判断哪个被const了的标志是const在的前面还是后面, 如果const在前面则*p是const, 如果是在后面则p是const

• 转换:

  • 总是可以把一个非const的值转换成const的

      void f(const int* x);int a = 15;f(&a);const int b = a;f(&b);b = a + 1; //error
    

  • 当要传递的参数的类型比地址大的时候, 这是常用的手段, 这样既能用比较少的字节数传递值给参数, 又能避免函数对外面的变量的修改

• const数组:

  • const int a[] = { 1,2,3,4,5,6 };
  • 数组变量已经是const的指针了, 这里的const表明数组的每个单元都是const int
  • 所以必须通过初始化进行赋值

• 保护数组值:

  • 因为把数组传入函数时传递的是地址, 所以那个函数内部可以修改数组的值

  • 为了保护数组不被函数破环, 可以设置参数为const

    • int sum(const int a[], int length);

#include <stdio.h>int main() {//int i = 1;//int* const q = &i;//q是const//printf("*q = %d\n", *q);// q++//*q = 26;//printf("*q = %d\n", *q);//int i, j;//const int* p = &i;*p = 26;//error //*p是const//i = 26;//p = &j;void f(const int* x);int a = 15;f(&a);const int b = a;f(&b);//b = a + 1; //errorreturn 0;
}

9.6. 指针运算

• 指针 + 1:

  • 是在地址值上面+sizeof(指针所指的变量的类型), 而不是直接+1

  • 表示要让指针指向下一个变量

    • int a[10];
      int* p = a;

    • *p -> a[0]
      *(p + 1) == a[1];
      通项公式: *(p + n) == a[n];

  • 如果指针不是指向一片连续分配的空间, 如数组, 则这种运算没有任何意义

• 指针计算:

  • 给指针加减一个整数(+, +=, -, -=)
  • 递增递减(++, --)
  • 两个指针相减
    • 两个地址的差除以sizeof(指针所指变量的类型), 而不是两个地址的差
  • 不能做乘除, 没意义

• *p++:

  • 取出p所指的那个数据来, 完事后顺便把p移到下一个位置去

  • *的优先级虽然高, 但是没有++高

  • 常用于数组类的连续空间操作

  • 在某些CPU上, 这可以直接被翻译成一条汇编指令

  • 可以实现一种新的遍历数组的方法:

    	char ac[] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,-1 };char* p = ac;while (*p != -1) {printf("%d\n", *p++);}
    

    • -1表示的是数组结尾的标志, 并不会输出

• 指针比较:

  • <, <=, ==, >, >=, !=都可以对指针做
  • 比较它们在内存中的地址
  • 数组中的单元的地址肯定是线性递增的

• 0地址:

  • 当然你的内存中有0地址, 但是0地址通常是个不能随便碰的地址

  • 所以你的指针不应该具有0值

  • 因此可以用0地址来表示特殊的事情

    • 返回的指针是无效的
    • 指针没有被真正初始化(先初始化为0)

  • NULL是一个预定定义的符号, 表示0地址

    • 有的编译器不愿意你用0来表示0地址

• 指针的类型:

  • 无论指向什么类型, 所有的指针的大小都是一样的, 因为都是地址

  • 但是指向不同类型的指针是不能直接互相赋值的

    • 这是为了避免用错指针
    • q = p;
    • warning C4133: “=”: 从“char *”到“int *”的类型不兼容

• 指针的类型转换:

  • void* 表示不知道指向什么东西的指针
    • 计算时与char*相同(但不相通)
  • 指针也可以转换类型
    • int* p = &i;
    • void* q = (void*)p;
  • 这并没有改变p所指的变量的类型, 而是让后人用不同的眼光通过p看它所指的变量
    • 我不再当你是int啦, 我认为你就是个void

• 用指针来做什么:

  • 需要传入较大的数据时用作参数
  • 传入数组后对数组做操作
  • 函数返回不止一个结果
    • 需要用函数来修改不止一个变量
  • 动态申请的内存…

//#include <stdio.h>
//
//int main() {
//	char ac[] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, };
//	char* p = ac;
//	printf("p = %p\n", p);//p = 00000054CA5BFBF4
//	printf("p + 1 = %p\n", p + 1);//p + 1 = 00000054CA5BFBF5
//	printf("*(p + 1) = %d\n", *(p + 1));
//	printf("ac[1] = %d\n", ac[1]);
//
//	char* p1 = &ac[5];
//	printf("p1 - p = %p\n", p1 - p);
//
//	int ai[] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, };
//	int* q = ai;
//	printf("q = %p\n", q);//q = 000000EDD69DF5B4
//	printf("q + 1 = %p\n", q + 1);//q + 1 = 000000EDD69DF5B8
//	printf("*(q + 1) = %d\n", *(q + 1));
//	printf("ai[1] = %d\n", ai[1]);
//	/*printf("q - 1 = %p\n", q - 1);*/
//	//q += 1;
//	printf("q = %p\n", q);
//	//printf("++q = %p\n", ++q);
//
//	
//	
//	int* q1 = &ai[6];
//	printf("q1 = %p\n", q1);
//	printf("q1 - q = %p\n", q1 - q);
//
//
//	
//	printf("*q++ = %d\n", *q++);
//	printf("*q = %d\n", *q);
//	return 0;
//}#include <stdio.h>int main(void) {/*char ac[] = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,-1 };char* p = ac;while (*p != -1) {printf("%d\n", *p++);}int i[] = {1,2,3,4,};int* q = i;q = p;*/int i;int* p = &i;void* q = (void*)p;return 0;
}

9.7. 动态内存分配

• 输入数据:

  • 如果输入数据时, 县高树你个数, 然后再输入, 要记录每个数据

  • C99可以用变量做数组定义的大小, C99之前呢?

    • 必须使用动态内存分配

    • int* a = (int*)malloc(n * sizeof(int));//借过来

    • free(a);//还回去

• malloc:

  • #include <stdlib.h>

  • void* malloc(size_t size);

  • 向malloc申请的空间的大小是以字节为单位的

  • 返回的结果时void*, 需要类型转换为自己需要的类型

    • (int*)malloc(n * sizeof(int))

• 没空间了?

  • 如果申请失败则返回0, 或者叫做NULL
  • 你的系统能给你多大的空间?
    • 分配了35600MB的空间

• free():

  • 把申请得来的空间还给系统
  • 申请过的空间, 最终都应该还回去
    • 混出来的, 迟早是要还的

• 常见问题:

  • 申请了没free->长时间运行内存逐渐下降
    • 新手: 忘了
    • 老手: 找不到合适的free的时机
  • free过了再free
  • 地址变过了, 直接去free

• 经典

  • 纸上得来终觉浅, 绝知此事要躬行

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {//int n;scanf("%d", &n);//int arr[10];///*for (int i = 0; i < n; i++) {//	arr[i] = i;//	printf("%d ", arr[i]);//}*///int number;//int* a;//int i;//printf("请输入数量: ");//scanf("%d", &number);//a = (int*)malloc(number * sizeof(int));//借过来//for (i = 0; i < number; i++) {//	scanf("%d", &a[i]);//}//for (i = 0; i < number; i++) {//	printf("%d ", a[i]);//}//free(a);//还回去//系统能给你多大的空间void* p;int count = 0;while (p = malloc(100 * 1024 * 1024)) {count++;}printf("分配了%d00MB的空间\n", count);return 0;
}