【C语言】指针相关知识解析与代码示例

好事发生

Go语言学习11-数据初始化 作者：huazie

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文章详细介绍 Go 数据初始化，包括 new 和 make 函数原理、用法、区别，与字面量对比，内容全面、条理清晰，对理解 Go 有很大帮助。

0.前言

在计算机内部存储空间，每个储存单元（字节）都有唯一一个地址（编号），这个地址通常是一个二进制编码。指针变量就是用来储存这些地址的。通过地址，我们可以找到所需的变量单元，因此，地址被形象地称为“指针”。简单来说指针就是地址。

1.如何把已经创建变量的地址存放在指针中呢？

我们首先需要用到取地址操作符（&）来取出变量的地址，代码示例

int a = 10;
// 取a的地址并存储到指针变量pa中
int *pa = &a;
printf("变量a的地址为: %p\n", (void *)&a);
printf("指针变量pa存储的地址为: %p\n", (void *)pa);

编辑我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是一个数值如：000000549CDFF984，这个数值有时候也是需要存储起来，方便后期使用，我们把这样的地址值存放在指针变量中。代码示例：

int *p = &a;

我们看到p的类型是 int* ，我们该如何理解指针的类型呢？

p左边写的是 int* ， * 是在说明pa是指针变量，前面的 int 是在说明pa指向的是整型(int)

类型的对象。

2.我们将地址保存起来，是方便后面拿出来使用的，怎么拿出来使用呢？

我们必须先要学习解引用操作符(*)，先来看一段代码

int a = 10;
int *p = &a;
// 通过解引用操作符修改a的值
*p = 0;
printf("修改后a的值为: %d\n", a);

上面代码的 *p的意思就是通过p中存放的地址，找到指向的空间，*p其实就是a变量了；所以*p=0，这个操作符是把a改成了0.等价于a=0;这里是把a的修改交给了p来操作，这样对a的修改，就多了⼀种的途径，写代码就会更加灵活。

3.指针变量到底有多大呢？是根据什么决定的？根据它的类型决定的吗？

先上代码：

// 在不同平台下指针变量大小不同
// 这里只是示意展示获取指针变量大小的方式
int *ptr;
printf("在当前平台下指针变量的大小为: %zu字节\n", sizeof(ptr));

此我们可以知道：指针变量的大小取决于地址的大小

32位平台下地址是32个bit位（即4个字节）

64位平台下地址是64个bit位（即8个字节）

与它指向对象的类型大小无关

4.指针变量它的类型有什么意义呢？

先看⼀段代码，调试观察地址的变化。

int arr[] = {1, 2, 3, 4};
int *intPtr = arr;
char *charPtr = (char *)arr;

// int*类型指针移动一步
intPtr++;
printf("int*类型指针移动一步后指向的值为: %d\n", *intPtr);

// char*类型指针移动一步
charPtr++;
printf("char*类型指针移动一步后指向的值为: %d\n", *(int *)(charPtr));

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。

结论：指针的类型决定了指针向前或者向后一步有多大（距离）

5.如果是void*类型的指针加减整数会如何变化呢?

先看代码

int a = 10;
// 将int类型变量的地址赋值给void*类型指针
void *voidPtr = &a;
// 以下操作会报错，因为void*类型不能直接进行指针加减和解引用运算
// voidPtr++;
// int value = *(int *)voidPtr;

// 可以先转换为合适的类型再进行操作
int *intPtr = (int *)voidPtr;
printf("通过转换后获取的值为: %d\n", *intPtr);

在上的代码中，将⼀个int类型的变量的地址赋值给⼀个char*类型的指针变量。编译器给出了⼀个警告（如图一），是因为类型不兼容。使void*类型就不会有这样的问题。void*类型的，可以理解为无具体指针类型的指针（或者叫泛型指针）。这种类型指针可以用来接受任意类型地址。但是不能直接进行指针加减整数和解应用的运算。（如图二）。

6.空指针

空指针是一个特殊的指针值，它不指向任何有效的内存地址，用于初始化指针变量，或在解引用指针之前处理指针的错误情况。在C语言中，空指针用NULL表示，它是一个与数值0等价的符号常量。

空指针的应用场景包括：

初始化指针：在定义指针变量时，如果未将指针指向特定的对象，应将指针置空，例如int *ptr = NULL;。

处理指针错误：在解引用指针之前，可以通过检查指针是否为空来避免访问未分配的内存地址，例如使用if (ptr == NULL)来判断。

作为函数参数：当不想传递实际内存地址时，可以使用空指针作为函数参数传递。

释放内存后置空：当使用free或delete释放指针指向的内存后，应将指针置空，以避免野指针的产生，例如delete ptr; ptr = NULL；

7.野指针

野指针是指向内存被释放的内存或者没有访问权限的内存的指针（非法访问）。野指针指向一个不确定的地址空间，或者指向的是一个确定的地址空间的，但引用空间的结果却是不可预知的。与空指针不同，野指针无法通过简单地判断是否为NULL避免，对野指针进行操作很容易造成程序错误，严重时甚至可能引发程序连环式错误，轻者程序结果严重扭曲，重者直接导致程序或者系统崩溃。

野指针的成因主要有三种：

1.指针变量未被初始化。

2.指针释放之后未置空。有时指针在free或delete后未赋值为NULL，便会使人误以为是合法的。free和delete只是把指针所指的内存给释放掉，但并没有把指针本身删除或置空。此时指针指向的就是“垃圾”内存。释放后的指针应立即将指针置为NULL，防止产生“野指针”。

3.指针操作超越了变量的作用域范围。