1、指针是什么
指针是什么?
指针理解的2个要点:
1、指针是内存中一个最小单元的编号,也就是地址。
2、平时口语中说的指针,通常指的是指针变量,是用来存放内存地址的变量
总结:指针就是地址,口语中说的指针通常是指指针变量。
指针变量
我们可以通过&(取地址操作符)取出变量的内存存储地址,把地址可以存放在一个变量中,这个变量就是指针变量。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10; //在内存中开辟一块空间
int* p = &a; //这里我们对变量a,取出它的地址,可以收用&操作符
//a变量占用4个字节的空间,这里将a的4个字节的第一个字节的地址存放在p变量中,p就是指针变量。
return 0;
}
总结:
指针变量,用来存放地址的变量。(存放在指针中的值都被当作成地址处理)。
那这里有些问题:
- 一个小的单元到底是多大?(1个字节)
- 如何编制?
如何编制?也就是说内存编号/地址是如何产生的呢?
对于一个32位的机器,假设有32根地址线,那么假设每根地址线在寻址的时候产生高电平(高电压)和低电平(低电压)就是(1或0)。
那么32根地址线产生的地址就会是:
00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000001
...
11111111111111111111111111111111
一共会有2的32次方个地址。
每个地址标识一个字节,那我们就可以给2^32Byte == 2^32/1024 == 2^32/1023/1024 == 2^32/1024/1024/1024 ==4GB
,4G的空闲进行编址。同样的方法,那64位机器,如果给64根地址线,也是一样的计算方法。
这里我们就明白:
- 在32位的机器上,地址是32个0或者1组成的二进制序列,那地址就得用4个字节(32bit / 8bit = 4byte)的空间来存储,所以一个指针变量的大小就应该是4个字节。
- 那如果在64位机器上,如果有64个地址线,那一个指针变量大小就是8字节,才能存放一个地址。
总结:
- 指针变量是用来存放地址,地址是唯一标示一块地址空间的。
- 指针的大小在32位平台是4个字节,在64位平台是8个字节。
2、指针和指针类型
这里我们讨论一下:指针的类型。
我们都知道,变量有不同的类型:整型,浮点型等。那指针有没有类型呢?
准确的说:有!
如下代码:
int num = 0;
p = #
要将&num(变量num的地址)保存到p中,我们知道p就是一个指针变量,那它的类型是怎样的呢?我们给指针变量相应的类型:
char* pa = NULL;
int* pb = NULL;
short* pc = NULL;
下面看段代码来讨论个问题:
#include <stdio.h>
int main()
{
char* pa = NULL;
short* pb = NULL;
int* pc = NULL;
double* pd = NULL;
printf("%zu\n", sizeof(pa)); //sizeof()返回的值,最好用%zu来表示。
printf("%zu\n", sizeof(pb));
printf("%zu\n", sizeof(pc));
printf("%zu\n", sizeof(pd));
return 0;
}
输出:由于我这里是x64环境,所以显示都是8,x86会显示都是4
那么现在来考虑个问题:既然char类型的指针,和int类型的指针,和short类型的指针,和double类型的指针占用内存空间都是一样的,那为什么需要分类型呢?怎么不直接声明个统一的类型呢?
其实每一个指针类型是有意义。
指针类型第一个意义:
结论:指针类型决定了指针在被解引用的时候访问几个字节,如果是int*的指针,解引用访问4个字节,如果是char*的指针,解引用访问1个字节,其它的也是同样道理。
举个例子:我们声明个int类型的a变量,然后取a地址&a,用char去接收,那这样我们在解引用\pa时,只能访问a变量的第一个字节里面的值,因为a是类型的变量,占用4个字节,但是这时只能访问第一个地址里面的值。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
char* pa = &a;
*pa = 1;
return 0;
}
指针类型第二个意义:
结论二:指针的类型决定了指针+1或者指针-1操作的时候,跳过几个字节,也就是决定了指针的步长。
举个例子:我们用char*和int*来存储同一个变量的内存地址,值应该是一样的
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
int* pa = &a;
char* pc = &a;
printf("pa = %p\n", pa);
printf("pc = %p\n", pc);
return 0;
}
输出:
但是现在我输出pa+1和pc+1,这个时候就会出现差异:
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
int* pa = &a;
char* pc = &a;
printf("pa = %p\n", pa);
printf("pa = %p\n", pa+1);
printf("--------------------------------\n");
printf("pc = %p\n", pc);
printf("pc = %p\n", pc+1);
return 0;
}
输出:
那这个时候,会发现当打印pa+1,pc+1时,由于pa指针是int类型的,所以在pa+1之后整体内存是直接加了4个字节的过程。而由于pc指针是char类型的,所以在pa+1之后整体内存是直接加了1个字节的过程。
这就是指针类型的第二个意义。
这样的效果有什么实际的作用吗?肯定有!
比如:当我们想解引用访问一个变量时,我们可以选择跳过访问时就可以使用int类型的指针,选择一个一个的访问时就可以使用char类型的指针。这个需要看个人需求。
指针类型意义补充:int类型的和folat类型的用的效果一样吗?
先看如下代码:
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
int* pa = &a; //pa解引用访问4个字节,pa+1也是跳过4个字节
float* pf = &a; //pf解引用访问4个字节,pf+1也是跳过4个字节
return 0;
}
我们知道int类型的占用4个字节,folat也是占用4个字节。
所以pa解引用访问4个字节,pa+1也是跳过4个字节,同样,pf解引用访问4个字节,pf+1也是跳过4个字节。
其实pa和pl的权限是一样的,但是最终的效果却是不一样的。
所以pa和pl也不能混用。
总结
不同类型之间的指针,解引用就两条意义:
- 解引用访问时访问不同的字节
- pi+1或者pi-1跳过不同的字节。
指针类型练习题(一)
输出结果:0 0 3 4 5
分析:首先arr数组中存放了:1 2 3 4 5,它们在内存中是这样存储的:
首先要注意:这里有个大小端字节序:数据在内存中存放的时候,有一个顺序的问题,数据是倒放的。
具体是怎么到访的呢?比如说int i = 1; 首先i是int类型的数据,占4个字节,那么1
按常理说十六进制是:0x 00 00 00 01。但这里的数据需要倒放,所以说1
在内存中存储的形式就应该是:01 00 00 00。就是完全倒过过来的。所以说arr数组的数据整体在内存中存放的顺序就应该是:
arr数组名也是数组首元素地址,然后把arr强制类型转换为short*,此时就引用到了上面所讲到的指针类型的意义了。shor*类型的指针,一次只能访问两个字节数据,所以当第一次循环时,只是前两个字节的赋值为0了,然后第二次循环时第三个和第四个字节的数据赋值为0,然后第三次循环,是第五六字节赋值为0了,然后是第四次循环也就是最后一次循环,第七八字节的数据赋值为0了。如下图所示:
并且后面的值没有改变,所以输出:0 0 3 4 5。
指针类型练习题(二)
前提:十六进制数字中两个数字占一个字节,比如:0x11223344,11
占用一个字节,22
占用一个字节,33
占用一个字节,44
占用一个字节
输出:112233
首先a变量在内存中存放数据的顺序是倒放:
由于char pc = (char)&a; 且char*类型的指针,只能给访问一个字节,所以说*pc = 0,就把上面44全部变为00了。又因为%x
是以十六进制输出,所以输出为:112233。
3、野指针
概念:野指针就是指针指向的位置时不可知的(随机的,不正确的,没有明确限制的)
3.1、野指针成因
1、指针未初始化
#include <stdio.h>
int main()
{
int* p; //指针未初始化,因为着没有明确的指向
*p = 10; //非法访问内存,这里的p就是野指针
return 0;
}
2、指针越界访问
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int* p = arr; //arr=&a[0]
int i = 0;
for (i = 0; i <= 10; i++)
{
*p = i; //当i=10时,属于越界访问,当指针指向的范围超出数组arr的范围时,p就是野指针
p++;
}
return 0;
}
3、指针指向的空间释放
这里放在动态内存开辟的时候讲解。
3.2、如何避免野指针
1、指针初始化
2、小心指针越界
3、指针指向空间释放即使置NULL
4、避免返回局部变量的地址
5、指针使用之前检查有效性
int* p1 = NULL; //指针初始化为空值
4、指针运算
- 指针+/-整数
- 指针 - 指针
- 指针的关系运算
4.1、指针+/-整数
看如下代码:
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int i = 0;
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
int* p = arr;
for (i = 0; i < sz; i++)
{
*p=1;
p++;
}
return 0;
}
扩展:
#include <stdio.h>
int main()
{
#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES]; //创建个float类型的数组
float* vp;
for (vp = &values[0]; vp < &values[N_VALUES];)
{
//这个相当于两步操作:1、*vp = 0 2、vp++
*vp++;
}
return 0;
}
4.2、指针-指针
看如下代码:
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
printf("%d", &arr[9] - &arr[0]);
return 0;
}
输出:
那如果是&arr[0] - &arr[9]呢?
答案是-9。
结论:|指针 - 指针|(绝对值)得到的是指针和指针之间元素个数。
4.3、指针的关系运算
5、指针和数组
数组:一组相同类型元素的集合。
指针变量:是一个变量,存放的是一个地址。
数组是数组,指针是指针。本质上二者没有联系,但是我们通过指针来操作数组。
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 0 };
int* p = arr;
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
int i = 0;
for (i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
return 0;
}
输出:
补充:arr[i]就相当于*(arr+i)。这是本质。
6、二级指针
先看段代码:
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
int* pa = &a; //pa是一个指针变量,一级指针变量
int* * ppa = &pa; //ppa是一个二级指针变量
**ppa = 20;
printf("%d", a);
return 0;
}
输出:
pa经过一次解引用就可以访问到a,称为一级指针变量。
ppa经过两次解引用才可以访问到a,称为二级指针变量。
二级指针变量是用来存放一级指针变量的地址。
然后**ppa相当于解两次引用,所以可以访问到a。
下面来分解一下:
7、指针数组
指针数组是指针还是数组?
指针数组:存放指针的数组就是指针数组。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
int c = 30;
int* parr[10] = { &a,&b,&c }; //paar就是指针数组
return 0;
}
然后遍历指针数组进行读取a,b,c的值:
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int b = 20;
int c = 30;
int* parr[10] = { &a,&b,&c };
int i = 0;
for (i = 0; i < 3; i++)
{
//paar[i]是找到指针数组中的每一个元素,也就是&a,&b,&c,然后在*解引用,即可访问到指定的变量
printf("%d ", *(parr[i]));
}
return 0;
}
输出:
7.1、用指针数组模拟二维数组
如下代码:
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr1[4] = { 1,2,3,4 };
int arr2[4] = { 2,3,4,5 };
int arr3[4] = { 3,4,5,6 };
int* parr[3] = { arr1,arr2,arr3 };
int i = 0;
for (i = 0; i < 3; i++)
{
int j = 0;
for (j = 0; j < 4; j++)
{
//parr[i]相当于遍历出:arr[0],arr[1],arr[2],然后parr[i][j]相当于遍历出:arr[0][1]...
printf("%d ", parr[i][j]);
}
printf("\n");
}
return 0;
}
输出:
图解上述: