C生万物 | 从浅入深理解指针【第一部分】（二）-阿里云开发者社区

C生万物 | 从浅入深理解指针【第一部分】（一）:https://developer.aliyun.com/article/1426612

五、const修饰指针

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。

#include<stdio.h>
int main() {
  int n = 100;
  n = 200;
  printf("%d\n", n);
  return 0;
}

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。

int main() {
  const int n = 100;
  n = 200;//err
  printf("%d\n", n);
  return 0;
}

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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。
那有人这样想，这样不能修改，那我绕个弯，把n的地址取出来，交给一个指针变量p，然后进行修改intmain(){constint n =100;int* p =&n;*p =200;printf("%d\n", n);return0;}

哎！它怎么修改了？就比如说有个门，门锁上了，看见有个窗户，我从窗户进去了，这个行为就是钻窗户行为~~
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

5.1 const修饰指针变量

const修饰指针有两种情况：

const放在*的左边
const放在*的右边

首先我们先将const放在*的左边~~

int main() {
  int m = 100;
  int n = 10;
  const int* p = &n;
  *p = 0;
  p = &m;
  printf("%d\n", n);
  return 0;
}

这里可以看到p指向的值不能被修改
p变量还是可以被修改的~~
然后我们先将const放在*的左边~~

int main() {
  int m = 100;
  int n = 10;
  int* const p = &n;
  *p = 0;
  p = &m;
  printf("%d\n", n);
  return 0;
}

可以看到p指向的对象可以被修改~~

结论：

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。

那有的同学说我这样放，可不可以？可以！！！

int const *  p = &n;

int *const  p = &n;

这两种方法都是可以的，我们只是关注的是const放在*左边还是右边

六、指针运算

6.1 指针± 整数

因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，顺藤摸瓜就能找到后面的所有元素。

int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };

#include <stdio.h>
//指针+- 整数
int main()
{
  int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  int* p = &arr[0];
  int i = 0;
  int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
  for (i = 0; i < sz; i++)
  {
    printf("%d ", *(p + i));//p+i 这里就是指针+整数
  }
  return 0;
}

接下来我们就调试起来看一看

可以看到已经放进去了

这里p+i就访问到每一个元素了~~

6.2 指针-指针

指针-指针是有前提的，指针和指针两个指针的指向同一块空间
我们先来看下面的这个一个代码，输出的结果是多少？

int main() {
  int arr[10] = { 0 };
  int ret = &arr[9] - &arr[0];
  printf("%d", ret);
  return 0;
 }

答案是9~~，我们来分析一下：

也可以这样理解，&arr[0]+9—>>>&arr[9]
结论： 指针-指针得到的绝对值，是指针和指针之间元素的个数
那有的同学说，那这个有什么用呢？
还记得有一个函数strlen吗？
strlen的功能是求字符串长度，如果有同学不了解这个函数的话可以去cplusplus网站上看一下
我们来看一下怎么使用int main()

int main() 
{
  char arr[] = "abcdef";
  int len = strlen(arr);
  printf("%d\n", len);
  return 0;
}

可以看到它已经求出字符串长度了~~
我们知道字符串的结束标志是\0，让我求长度，我就统计\0之前出现字符的个数
那我们现在自己模拟实现一下这个函数~~
我们这里写成my_strlen，我们把数组传参，然后形参以指针接收，指针指向了数组首元素的地址，然后我们定义个计数器count，如果p!=\0,count++，p++，最后返回count的个数~~

int my_strlen(char* p)
{
  int count = 0;
  while (*p != '\0')
  {
    count++;
    p++;
  }
  return count;
}
int main() 
{
  char arr[] = "abcdef";
  int len = my_strlen(arr);
  printf("%d\n", len);
  return 0;
}

可以看到也统计出来个数了~~

我们再写出另一个版本，接下来继续看~~
我们知道指针减去指针得到的是元素之间的个数
首先我记录一下起始位置，让p++，一直找到\0为止，最后返回p-s就得到了元素的个数~~
我们来看一下代码和结果~~

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

明白了上面的内容，我们再来将一个指针的关系运算~~

6.3 指针的关系运算

所谓的关系运算，就是比较大小
我们来看一下例子~~

#include <stdio.h>
int main()
{
  int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  int* p = &arr[0];
  int i = 0;
  int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
  while (p < arr + sz) //指针的大小比较
  {
    printf("%d ", *p);
    p++;
  }
  return 0;
}

这里我们比较的是两个地址的大小关系~~
我们可以看到，也是可以打印出来的~~

七、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）

7.1 野指针成因

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;
}

可以看到这里报了错，如果你有看过我写的函数的栈帧创建与销毁就明白了，局部变量不初始化默认里面放的是cccccccc
所以一个局部变量不初始化的话，会得到一个随机值~~
而随便的一个地址，能解引用吗？不能！！！
一块空间你要想使用，你需要先申请拿到这块空间

指针越界访问：

我们先来看代码

7.1 野指针成因

#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;
}

我们这里的p++是先执行的，而p++是先使用后++
我们这里可以看到，我把arr[0]的地址放入了*p指针变量，然后我们进行遍历赋值，那我们这里判断条件是不是就越界访问了，超出了数组的范围，当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针，这是很危险的~~
我们这里还可以调试一下看看~~

可以看到，数组arr造到了破坏，而越界访问的内容也修改了，如此可见，这多么的危险！！！

7.2 指针指向的空间释放

我们先来看一下下面的代码~~

#include <stdio.h>
int* test()
{
  int n = 100;
  return &n;
}
int main()
{
  int* p = test();
  printf("%d\n", *p);
  return 0;
}

这里创建了一个函数test()，返回一个地址，既然这个函数返回的是一个地址，那我用一个指针来接收，然后*p这个地址
这个n在出这个函数的时候被销毁了，这就会造成指针指向的空间释放~~

八、如何规避野指针

8.1 指针初始化

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

什么意思呢，我们用代码来说~~

这里的p非常明确的指向了a，直接赋值~~

int main() 
{
  int a = 10;
  int* p = &a;
  return 0;
}

我们这里假设在这里创建了个ptr，我现在不用，但我可以在后面才会用，但是这个指针变量不能空着，这个时候我们要给他初始化NULL

int main() 
{
  int a = 10;
  int* p = &a;
  int* ptr = NULL;
  return 0;
}

NULL是什么呢？本质上就是空指针，我们这个时候可以右键，转到定义里看一下

那有的同学会说，那我直接给他赋值为0，可不可以呢？本质上是可以的，但是，当我们赋值为0了，有的时候会以为是一个整数，而我们赋值为NULL的时候，那就很明显了，一看就是空~~

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。
这里我们也可以看到~~

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8.2 小心指针越界

一个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是越界访问
这个谁都帮不了你，只能自己小心，不要越界~~
一个程序员想写bug，谁都拦不住~~n在出这个函数的时候被销毁了，这就会造成指针指向的空间释放~~

8.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

当指针变量指向一块区域的时候，我们可以通过指针访问该区域，后期不再使用这个指针访问空间的时候，我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的一个规则就是：只要是NULL指针就不去访问，同时使用指针之前可以判断指针是否为NULL。
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前来，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。
下面我们来看一段代码~~
这里我们创建了一个数组，然后用指针遍历这个数组，当遍历完后，指针已经指向了10的后面，指向了不属于我们的空间
假设暂时不再使用p了，为了安全，我们可以把p赋值为NULL
如果后面还会用到这个指针，我们再把这个p赋值，我们还可以再进行判断是否为NULL

int main()
{
  int arr[10] = { 1,2,3,4,5,67,7,8,9,10 };
  int* p = &arr[0];
  for (int i = 0; i < 10; i++)
  {
    *(p++) = i;
  }
  //此时p已经越界了，可以把p置为NULL
  p = NULL;
  //下次使用的时候，判断p不为NULL的时候再使用
  //...
  p = &arr[0];//重新让p获得地址
  if (p != NULL) //判断
  {
    //...
  }
  return 0;
}

8.4 避免返回局部变量的地址

我们来看下面这一段代码
首先我们先调用了一下test函数，函数里创建了个数组，数组是局部变量，而我们返回了这个数组的地址，我们使用了一个指针变量p来接收，当test函数返回的时候局部变量已经被操作系统回收了，这就会造成野指针，如果有看过函数的栈帧的创建与销毁的话就明白了
返回栈空间地址的问题，很容易造成野指针的问题~~

int* test()
{
  //局部变量
  int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
  //.....
  return arr;
}
int main()
{
  int* p = test();//p就是野指针
  return 0;
}

九、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。
我们可以看到，什么都不会发生~~

#include <assert.h>
int main()
{
  int a = 10;
  int* p = &a;
  assert(p != NULL);
  return 0;
}

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当我们赋值为了一个空指针时，可以看到会报错误
通过这样一个方式就可以拦住他~~

#include <assert.h>
int main()
{
  int a = 10;
  int* p = NULL;
  assert(p != NULL);
  return 0;
}

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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。
assert() 的使用对程序员是非常友好的，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 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 NDBUG 指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启用了assert() 语句。
assert() 的缺点是，因为引入了额外的检查，增加了程序的运行时间。
一般我们可以在debug中使用，在release版本中选择禁用assert就行，在VS这样的集成开发环境中，在release版本中，直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在release版本不影响用户使用时程序的效率。

十、指针的使用和传址调用

一直叫传值调用，一种叫传址调用，接下来我们继续看~~

10.1 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：

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这里怎么没有达到交换的效果？我们来调试看一下
我们可以看到只有x和y交换了，而a和b没有交换

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我们发现在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x0039f9f0，b的地址是0x0039f9e4，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0x0039f90c，y的地址是0x0039f910，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我们之前在函数的时候就知道了，这种叫传值调用。

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。

10.2 传址调用

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;
}

首先看输出结果：

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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。

十一、strlen的模拟实现

这个我们上面已经实现过了，这次我们再写的全一些~~
我们创建了一个字符数组，要求出这个字符串的长度，我们写一个my_strlen()
它传参传的是数组首元素的地址，我们用一个*str的指针来接收，我们这个函数期望这个字符串来修改吗？不期望，这里我们再加上一个const
这里我们需要断言str，确保指针的有效性
现在str指向a的，当str!='\0'，str++,计数器也++，最后返回计数器~~
求字符串的时候没有负数吧，我们就可以设置成size_t
现在软件更加健壮了，也叫鲁棒性~~

计数器方式

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

C生万物 | 从浅入深理解指针【第一部分】（二）

五、const修饰指针

5.1 const修饰指针变量

六、指针运算

6.1 指针± 整数

6.2 指针-指针

6.3 指针的关系运算

七、野指针

7.1 野指针成因

7.2 指针指向的空间释放

八、如何规避野指针

8.1 指针初始化

8.2 小心指针越界

8.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

8.4 避免返回局部变量的地址

九、assert断言

十、指针的使用和传址调用

10.1 传址调用

10.2 传址调用

十一、strlen的模拟实现

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C生万物 | 从浅入深理解指针【第一部分】（二）

五、const修饰指针

5.1 const修饰指针变量

六、指针运算

6.1 指针± 整数

6.2 指针-指针

6.3 指针的关系运算

七、野指针

7.1 野指针成因

7.2 指针指向的空间释放

八、如何规避野指针

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8.2 小心指针越界

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