『C语言初阶』第七章 -初识指针

前言

时隔多日小羊又来给铁汁们更新C语言之初识指针，指针是C语言中一个关键且强大的概念，理解和掌握指针对于编写高效、灵活的程序至关重要。本文将详细解释C语言中的指针，帮助初学者迈出掌握编程世界的第一步。

一、指针是什么？

1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址
2. 一般我们所说的指针，通常是指指针变量，用来存放内存地址的变量

1.内存

程序在运行时候会在内存中被调用，运行时占用内存的空间。

内存就像一栋楼，里面有很多房间，每一户人家（每一块内存）都有一个门牌号，而这个门牌号就相当于内存编号，我们就可以通过编号找到相对应的内存（值）。

编号也被称为地址，不同内存块所对应的地址也不一样。

2.指针变量

指针变量也是一种变量，只不过是用来存储地址的变量

我们可以通过&(取地址操作符)取出变量的内存起始地址，把该地址存放到一个变量中，这个变量就是指针变量

#include<stdio.h>
int main()
{
  int a = 5;
  int* p = &a;//取出a的地址存放到变量p中
  printf("%p\n", &a);
  printf("%p", p);
  return 0;
}

总结：指针是一个变量，但它存储的是另一个变量的内存地址，而不是直接存储数据本身。可以将指针看作是数据的"门牌号码"，通过它可以找到内存中存储的实际数据。

3.指针大小

在32位电脑上，地址是32个0或者1组成二进制序列，那地址就是32b(位)=4B(字节)的空间来存储，所以一个指针变量的大小就是4个字节。

相应的在64位机器上，64b=8B，一个指针变量大小就是8个字节。

总结：

1. 指针是用来存放地址的，地址是唯一标识一块内存单元的。

2. 指针大小在32位平台上是4个字节，在64位平台是8个字节。

二、指针类型

指针变量是变量，变量有很多类型，那指针变量的类型也是如此。

当我们需要指向不同类型的变量时，就需要创建不同类型的指针变量。

char* p1 = NULL;//创建一个char类型的指针,并初始化为空指针
  int* p2 = NULL;//创建一个int类型的指针,并初始化为空指针
  short* p3 = NULL;
  long* p4 = NULL;
  float* p5 = NULL;
  double* p6 = NULL;

所以指针的定义方式为：类型 + * = 值。

解读：

1. char*类型指针是为了存放char类型变量的地址
2. int*类型指针是为了存放int类型变量的地址
3. double*类型指针是为了存放double类型变量的地址

注意：

指针大小与指针类型无关，指针大小与计算机（32位或者64位有关）

1.指针类型的作用

从上面代码可知，不同类型指针大小相同，那么指针类型的意义是什么呢？

用法示例

#include <stdio.h>
int main()
{
  int n = 10;
  char* p1 = (char*)&n;//将int类型地址强制转化为char类型
  int* p2 = &n;
  printf("%p\n", &n);
  printf("%p\n", p1);
  printf("%p\n", p1 + 1);
  printf("%p\n", p2);
  printf("%p\n", p2 + 1);
  return  0;
}

我们发现：

当指针为char类型时，指针+1，步长为1
当指针为int类型时，指针+1，步长为4

总结：不同类型的指针变量决定了指针向前或向后走一步有多大（距离），即步长。

2.指针的解引用

我们知道，指针保存内存的地址，那指针的作用是什么呢？

我们可以通过指针保存的地址，来访问内存中的目标变量，并将其修改，这就需要使用指针的解引用操作。

用法示例

#include <stdio.h>
int main()
{
  int n = 0x11223344;
  char* p1 = (char*)&n;
  int* p2 = &n;
  *p1 = 0;   
  *p2 = 0;   
  printf("%#x\n", n);
  printf("%#x\n", p1);
  return 0;
}

分析：

因为p2是int类型指针变量，所以能访问四个字节的空间，*p2=0，将n的值修改为0；

但是p1是char类型指针变量，所以只能访问一个字节的空间，那为何又是修改地址中的44而不是11呢，后面文章会详解大小端的知识。

总结：

1. 指针的类型决定指针加减整数时所跳过的步长
2. 指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（能操作几个字节）

三、野指针

概念：野指针就是指针的位置是不可知的（随机的、不正确的、没有正确限制的）指针。

野指针很危险，它访问的空间不可知，从而导致出现的可能情况有：

1. 指针未初始化
2. 指针越界或者非法访问
3. 指针指向的空间被释放了（例：局部变量）

用法示例

#include <stdio.h>
int main()
{
  //1>：
  int* p1;
  *p1 = 5;
  //此时p1就是一个野指针。
  //2>：
  int arr[10] = { 0 };
  int i = 0;
  int* p2 = arr;//p指向数组的首地址
  for (i = 0; i < 11; i++)
  {
    *(p2++)=i;
  }
  //当p2指向的空间超过数组的最后一个元素时，指针就非法访问，即越界访问了未知空间。
  //此时p2是野指针。
  //3>：
  int j = 0;
  for (j = 0; j < 5; j++)
  {
    int a = 5;
    a += 1;
  }
  int* p3 = &a;//当循环结束之后，局部变量a向内存申请的空间就被释放了。
  //此时p3指针指向的空间就是已经被释放掉的空间。p3就是野指针。
  return 0;
}

如何规避野指针

• 指针初始化
• 小心指针越界
• 指针指向空间释放及时置NULL
• 避免返回局部变量的地址
• 指针使用之前检查有效性

四、指针的运算

1.指针加减整数

用法示例

例：打印一维数组

#include<stdio.h>
int main()
{
  int arr[5] = { 1,2,3,4,5 };
  int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
  int i = 0;
  int* p = arr;
  for (i = 0; i < 5; i++)
    printf("%d ", *p + i);
  return 0;
}

2.指针-指针

指针减指针可以用来计算字符数组的长度或字符串的长度

用法示例

#include <stdio.h>
int my_strlen(char* s)
{
  char* p = s;
  while (*p != '\0')
    p++;
  return p - s;
}
int main()
{
  char str[] = "hello world";
  int len = my_strlen(str);
  printf("%d", len);
  return 0;
}

3.指针的关系运算

标准规定：

允许指向数组元素的指针与指针数组最后一个元素后面的那个内存位置的指针比较，但是不允许与指向第一个元素之前的那个内存位置的指针进行比较。

五、二级指针

指针变量也是变量，变量有地址，那么指针变量的地址存放在哪里？

这时候就来了解二级指针！

#include <stdio.h>
int main()
{
  int a = 10;
  int* p1 = &a;
  int** p2 = &p1;//p2就是二级指针,指向p1
  **p2 = 6;
  printf("%d", a);
  return 0;
}

a的地址存放在p1中，p1的地址存放在p2中

p1是一级指针，而p2是二级指针

**p2=6通过第一次解引用找到p1，再第二次解引用找到a，将其修改为6

以此还有三级指针和其他多级指针，常见的就是一级和二级指针

指针的注意事项

• 指针操作前应该初始化，避免出现未定义行为。
• 指针可以进行比较操作，但仅在指向同一数组中的元素时才有意义。
• 避免野指针（指向未知内存区域的指针）的使用，这可能导致程序崩溃。

结论：

初学者理解指针是学习C语言的重要一步，它使得程序可以更加灵活和高效地操作内存。通过掌握指针的基本概念、操作和用途，可以构建出更加复杂和强大的C语言程序。逐步练习并在实际项目中应用指针，将有助于加深对指针的理解和熟练掌握。

小羊希望本文对初学者理解C语言中的指针概念提供了一些帮助。在进一步学习过程中，还请查阅相关文档和示例以加深理解，咱们下期再见~~