Linux系统中指针的详细分析与操作

C 语言指针真正精髓的地方在于指针可以进行加减法，这一点极大的提升了程序的对指针使用的灵活性，同时也带来了不小的学习负担。正是因为 C 语言指针可运算，才奠定了如今 C 语言的地位。

一、指针

对于内存，我们可以简单地认为它就是大小相同、连续排布的格子，每一个格子的大小为一字节。为了更方便地找到某一个格子，我们通过对内存进行编号，通过编号来找到某一个具体的内存格子。

这样的编号通常称之为内存地址，如果程序想要获取某一块内存存放的数据，必须通过内存地址定位，再取出对应内存的数据。

一个指针变量存储着另一块内存的起始地址，相较于直接寻址的方式，如果想要通过一个指针获取指向的内存变量的话，首先需要获取到指针变量存储的内存地址，再通过这个地址来获取变量，所以这种方式又称为间接寻址。

在 C 函数实现中，所传入的参数均为原有变量的一个拷贝，在函数中对参数进行修改是无法影响到原有变量的值的，若需要对参数进行修改，可向函数传递该变量的内存地址。如此一来，即使对参数（地址）进行了拷贝，也可以通过地址对其进行修改，而变量的地址就保存在指针当中。

二、指针的初始化

操作符 &表示取一个变量的地址，并将该地址赋给变量 pointer，由此一来指针中的地址就是正确且合法的。

void main() {
    int number = 100;
    int *pointer;
    pointer = &number;
}

三、指针的运算

C 语言中的指针支持运算，不过仅支持加减法，并不支持乘除法。在前面我们已经提到过了，一元运算符 * 表示间接寻址，即取出指针的地址，根据该地址找到指针指向的变量。而对于指针的加减法而言，与指针指向的类型密切相关。

可以看到，对一个指向 int 的指针加 1，其地址增加了 4，正好是一个整型的大小。其原因在于如果仅仅是增加 1 的话，那么指针将会指向该整型的第二个字节，那么此时指针所指向的“整型”值将会变得非常奇怪，因为最后一个字节是其它数据的。

四、指针与数组

我们经常听到数组名称其实就是一个指针，数组名表示数组的首地址。但是这并不正确，数组名称和指针绝不等价，我们可以认为数组名称具有指针的特性，但不能说数组和指针等价。一个最为典型的例子就是使用 sizeof 求数组的长度。

#include <stdio.h>
void main() {
    int number[] = {1, 2, 3};
    int *pointer = number;
    printf("number's size: %ld \n", sizeof(number));
    printf("pointer's size: %ld \n", sizeof(pointer));
}
// number's size: 12 
// pointer's size: 4

在上述代码中我们明确地表示了 number 是一个整型数组，表示整型的集合，所以 sizeof 的结果为数组占用内存的总大小。而 pointer 仅仅只是一个整型指针，编译器并不知道它到底是指向一个整型，还是一坨整型，那么 sizeof 的结果自然而然的是指针占用内存空间的大小。

所以，数组名称所代表的含义要高于指针，但是这并不改变数组名是一个指针的事实。数组在内存中连续分布，再结合前面所提到的指针的运算，使得我们可以通过指针的方式访问数组中的元素。

五、指针与字符串

C 语言中字符串并非像其它语言一样，将其设置为基本数据类型，而是构建于数组之上，并在数组末尾添加 \0 表示结尾，这也是为什么数组和字符串经常成对出现的原因。

int main() {
    char *hello = {"Hello"};
    char world[] = {"World"};
    printf("hello: %s \n", hello);
    printf("world: %s \n", world);
}

如上述代码所示，我们既可以使用数组初始化一个字符串，也可以使用字符指针来初始化一个字符串，只不过使用字符指针初始化的字符串具有只读特性，使用数组初始化的字符串具有读写特性。

六、函数指针

在函数式编程中我们经常需要将一个函数作为参数传递给另外一个函数，其中比较经典的例子线程的创建与执行。不同于 fork 或者 vfork 调用，pthread_create 调用以一个函数指针作为参数，创建的线程转而执行该函数。

int filterArray(int *array, int size);

上述代码是一个简单的函数原型，接收一个整型数组和其长度，并返回一个整型。一个函数总是占用一段连续的内存区域，函数名称在某些情况下会被转换成该函数所在内存区域的首地址，这一点和数组非常的相似。也就是说，函数名称 filterArray 可以被替换成 (*pointerName)，这样一来就得到了一个指向函数入口的指针：

int (*pointerName)(int *array, int size);

所以，函数指针其实就是对函数原型的稍加修改而已。

七、NULL 指针

标准定义了 NULL 指针，它作为一个特殊的指针变量，表示不指向任何东西，当我们在定义一个指针变量，并且不知道该指针指向何处时，就应该将其初始化为 NULL。其次，当我们使用 free 函数释放堆内存时，也应该将指针指向为NULL，防止出现内存访问错误。

#include <stdlib.h>
int main() {
    char *s = NULL;
    s = (char *)malloc(sizeof(char) * 5);
    strcpy(s, "hello");
    free(s);
    s = NULL;
    return 0;
}

对NULL 指针进行解引用是非法的，因为 NULL指针从定义上来看不指向任何东西。因此，当我们对指针进行解引用时应该对其进行检查，能显著减少 DEBUG 的时间。

八、对复杂指针的解释

有时候我们会看到诸如 char *(*name[124])(int **p) 这种看起来非常复杂的指针，对于此类复杂指针，我们只需要牢记两个关键点即可。

• 对于一个符号定义而言，找到其名称，然后再按照优先级顺序进行解析。
  
• 牢记 C 语言中操作符的优先级。
  

可以看到，* 间接访问操作的优先级要远远低于()、[]、++ 以及 . 等常用操作符，也就是说，* 在复杂指针中就是个弟弟。

接下来就对 char *(*name[124])(int **p) 这个指针做一个具体的分析。首先得找到变量名称，上面有两个： name 以及 p，结合外面两对括号可知这是个函数指针，p 为函数参数。再来看 *name[124]，[]的优先级高于 *，所以 name 是一个数组，数组中保存了某种类型的指针。将所有的信息整合起来，就可以得到：name 是一个指针数组，保存了原型为 char *funcName(int **p) 的函数指针。