【C语言】指针总结1

前言 本篇博客正式开始指针环节，指针可谓是重中之重，我打算分几篇博客写完来更加详细的理解指针 欢迎关注个人主页：小张同学zkf 若有问题，评论区见

1.内存和地址

1.1内存

其实这一部分不好理解的话，我们可以想一个生活中的例子，假设有⼀栋宿舍楼，把你放在楼里，楼上有100个房间，但是房间没有编号，你的⼀个朋友来找你玩，如果想找到你，就得挨个房子去找，这样效率很低，但是我们如果根据楼层和楼层的房间的情况，给每个房间编上号，如： ⼀楼：101，102，103… ⼆楼：201，202，203… … 有了房间号，如果你的朋友得到房间号，就可以快速的找房间，找到你。

如果我们把上面的例子转换到计算机上，仔细想一下会怎么样 我们知道计算机上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，那这些内存空间如何高效的管理呢 其实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个字节。 计算机中常见的单位（补充）： ⼀个比特位可以存储一个2进制的位1或者0

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

其中，每个内存单元，相当于一个学生宿舍，一个字节空间里面能放8个比特位，就好比同学们住的八人间，每个人是一个比特位。 每个内存单元也都有一个编号（这个编号就相当于宿舍房间的门牌号），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。

生活中我们把门牌号也叫地址，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。 所以我们可以理解为： 内存单元的编号=地址=指针

1.2 究竟该如何理解编址

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(就如同宿舍很多，需要给宿舍编号一样)。 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。钢琴、吉他上面没有写上“剁、来、咪、发、唆、拉、西”这样的信息，但演奏者照样能够准确找到每一个琴弦的每一个位置，这是为何？因为制造商已经在乐器硬件层面上设计好了，并且所有的演奏者都知道。本质是一种约定出来的共识！ 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？答案很简单，用线连起来。

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。不过，我们只看一组线，叫做地址总线我们可以简单理解，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，依次类推。32根地址线，就能表示2^32种含义，每一种含义都代表一个地址。地址信息被下达给内存，在内存上，就可以找到该地址对应的数据，将数据在通过数据总线传入CPU内寄存器。

2. 指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

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

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

比如，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，上图中4个字节的地址分别是：

0x006FFD70 0x006FFD71 0x006FFD72 0x006FFD73

那我们如何能得到a的地址呢？ 这里就得需要⼀个操作符(&)-取地址操作符

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

&a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址也就是图中的0x006FFD70。 虽然整型变量占用4个字节，我们只要知道了第一个字节地址，顺藤摸瓜访问到4个字节的数据也是可行的

2.2 指针变量和解引用操作符（*）

2.2.1 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？答案是：指针变量中。

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int * pa = &a;//取出a的地址并存储到指针变量pa中
return 0;
}

指针变量也是一种变量，这种变量就是用来存放地址的，存放在指针变量中的值都会理解为地址。

2.2.2 如何拆解指针类型

我们看到pa的类型是 int* ，我们该如何理解指针的类型呢？

int a = 10; int * pa = &a;

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。

2.2.3 解引用操作符

我们将地址保存起来，未来是要使用的，那怎么使用呢？ 在现实声活中，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，这里必须学习一个操作符叫解引用操作符(*)。

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 100;
int* pa = &a;
*pa = 0;
return 0;
}

上面代码中第6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，这个操作符是把a改成了0.

2.3 指针变量的大小

前面的内容我们了解到，32位机器假设有32根地址总线，每根地址线出来的电信号转换成数字信号后是1或者0，那我们把32根地址线产生的2进制序列当做一个地址，那么一个地址就是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，那么指针变的大小就得是4个字节的空间才可以。 同理64位机器，假设有64根地址线，一个地址就是64个二进制位组成的二进制序列，存储起来就需要 8个字节的空间，指针变量的大小就是8个字节 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 • 64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节

注：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

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1
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0x11223344;
int *pi = &n;
*pi = 0;
return 0;
}

//代码2
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0x11223344;
char *pc = (char *)&n;
*pc = 0;
return 0;
}

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

先看一段代码

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

代码运行的结果如下：

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。 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，那也可 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。

void* 类型的指针不能直接进 行指针的±整数和解引用的运算。

⼀般 void* 类型的指针是使用在函数参数的部分，用来接收不同类型数据的地址，这样的设计可以 实现泛型编程的效果。

4. const修饰指针

4.1 const修饰变量

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给⼀个指针变量，通过指针变量的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，怎么做呢？这就是const的作用。

#include <stdio.h>
int main()
{
int m = 0;
m = 20;//m是可以修改的
const int n = 0;
n = 20;//n是不能被修改的
return 0;
}

上述代码中n是不能被修改的，其实n本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对n就行修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。 但是如果我们绕过n，使用n的地址，去修改n就能做到了，虽然这样做是在打破语法规则。

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

输出结果：

我们可以看到这里⼀个确实修改了，但是我们还是要思考⼀下，为什么n要被const修饰呢？就是为了不能被修改，如果p拿到n的地址就能修改n，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

int * p;//没有const修饰？ int const * p;//const 放在的左边做修饰 int * const p;//const 放在的右边做修饰

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。

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 指针±整数得到的是隔了整数个元素的指针 指针-指针得到的是之间间隔的元素个数（前提是两个指针都指向同一处空间） 指针之间可以比较大小 注：两个指针不能相加

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

#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;
}

1. 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;
}

1. 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;
}

6.2 如何规避野指针

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，读写该地址会报错。

in* a=NULL;

注：指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性 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。

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”。

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。 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 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。 在VS里debug版本中可以使用assert(），release版本中直接优化掉了。

8. 指针的使用和传址调用

8.1 strlen的模拟实现

库函数strlen的功能是求字符串⻓度，统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。参数str接收⼀个字符串的起始地址，然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数，最终返回长度。如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历，只要不是 \0 字符，计数器就+1，这样直到 \0 就停止。参考代码如下：

int my_strlen(const char * str)
{
int count = 0;
assert(str);
while(*str)
{
count++;
str++;
}
return count;
}
int main()
{
int len = my_strlen("abcdef");
printf("%d\n", len);
return 0;
}

8.2 传值调用和传址调用

学习指针的目的是使用指针解决问题，那什么问题，非指针不可呢？ 例如：写⼀个函数，交换两个整型变量的值。⼀番思考后，我们可能写出这样的代码：

#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;
}

当我们运行代码，结果如下：

我们发现其实没产生交换的效果，这是为什么呢？ 其实在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x00cffdd0，b的地址是0x00cffdc4，在调用 Swap1函数时，将a和b传递给了Swap1函数，在Swap1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0x00cffcec，y的地址是0x00cffcf0，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Swap1函数内部交换x和y的值， 自然不会影响a和b，当Swap1函数调⽤结束后回到main函数，a和b的没法交换。Swap1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。 所以Swap是失败的了 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 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;
}

结果

我们可以看到实现成Swap2的方式，顺利完成了任务，这里调用Swap2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。 传址调用，可以让函数和主调函数之间建立真正的联系，在函数内部可以修改主调函数中的变量；所 以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算，就可以采用传值调用。如果函数内部要修改 主调函数中的变量的值，就需要传址调用。

指针第一部分总结完，有什么问题各位大佬多评论