C语言-走进指针世界

简介: C语言-走进指针世界

引入

在C语言的学习过程中,指针是躲不掉的一大困难,开始的时候,可能你会觉得初始化整形指针和解引用不过如此,但是当类型逐渐复杂起来以后,没有对指针和类型的深入理解,想要看懂和很好的运用指针就比较困难了,希望通过我的这篇文章,让大家对指针能有更好更深入的认识。

指针

指针是什么?

在计算机中,必不可少的不只是CPU的运算,还需要有内存对数据的存储,然而在存储数据的过程中,必然会面对这样的问题:那么多的内存单元,数据到底存在哪?CPU运算时又要从哪读取数据呢?这时候就要想了:如果你有一个朋友住在了宾馆,让你去找他,你会怎么找呢?肯定不是一个一个房间敲开找,要问道朋友的房间号,才能一次性找到他的位置。那么我们是否可以给每个内存都给一个编号呢?答案是,可以。这便有了指针。

1.内存被划分成一个个的单元,一个内存单元大小是一个字节

2.每个内存单元给一个编号,这个编号就是地址,C语言中简称:指针

大概就是以下的换算

内存单元的编号==地址==指针

指针变量地址

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int *pa = &a;//*说明pa是一个指针变量(指向int类型),其中存放的是指针,也就是a的地址
                 //&a表示的是取出a变量的地址,然后通过语句赋给pa
    *pa = 20;//此处的*为解引用,相当于通过pa存的地址找到a,可以理解为*pa==a
    printf("%d %d\n",*pa,a);//此时打印的两值都为20
    return 0;
}

通过以上的讲解,大概认识了指针是个什么东西,并且了解了其简单使用了,下面专们来讲讲指针变量的大小。

指针变量大小:

指针变量专门用来存地址,指针变量的大小取决于地址存放所要多大的空间

1.32位机器上:地址线32根,二进制32bit位,要将此地址存起来,需要四个字节的空间

2.64位机器:同理,一个地址需要八个字节

注:地址和类型所占的空间不同,64位机器就像一个相比32位机器更大的宾馆,所需要的编号位数需要更大,但是每个房间的大小却不变一样。故:int类还是占4个字节的空间,只是找到这个空间的编号地址变复杂了而已。

指针变量类型

在刚刚的代码块中,我们谈到了int *pa,意思是pa是一个指针,指向的变量是int类型的数据,那我们合理联想一下,是不是有int*,就有char*,long long int*呢?答案是:是的,char *p意思是开辟指向char类型的指针空间,long long int*就是指向long long int类型的。前面提到的指针解引用*p中,int *p中的*p可以访问4个字节的空间,而char *p的*p可以访问1个字节的空间,以此类推。

指针加减整数

根据上述指针变量类型,我们就可以对指针进行加减运算,见下方代码

#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int *pa = &a;
    char *pc = (char*)&a;
    //pa + 1---->地址 + 4
    //pc + 1---->地址 + 1
    //以上加减跳过的字节数是以指针类型为依据的,注意观察
    return 0;
}

而在C语言中,有数组这样的一种数据类型,他的下标随地址的增加而增加,且在内存中连续存放,那我们是否可以通过指针而非[i]来访问数组元素呢?,见代码

#include<stdio.h>
int main()
{
    int arr[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    int *p = arr;//数组名是首元素地址
    for(int i = 0;i < 10;i++){
    printf("%d ",arr[i]);
    }    
    for(int i = 0;i < 10;i++){
    printf("%d ",*(p + i));//上下两块代码打印的结果是一样的,其实运行的效果也是一样的
    } 
    return 0;
}//代码可以CV自测一下

指针减指针

指针减指针得到的是int类型的数据,但是相减时一定要满足这样一个条件,就是:两个相减的指针指向的是同一块空间。eg:指向同一个数组里的不同元素,这样大指针减小指针便可以得到指针间的元素个数了。

#include<stdio.h>
int main()
{
    int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    printf("%d\n",&arr[9]-&arr[0]);//将打印指针间的元素个数
    return 0;
}

void类型指针

在指针中,有这样一种特殊的指针,那就是void*(无具体类型指针),在用指针变量存放不同类型的地址时,不是相同类型的地址,是不能相互赋值的,要想放入指针变量类型不同的地址,只有两个办法,一个是强制类型转换,另一个便是void*,见代码

char a = 'm';
int *p = &a;//这样写会报错
int *p = (int*)&a;//将a的地址类型强制转换成int*,放入时不报错
void *p = &a;//将a的地址放入void*类型的p中,不报错

void*类型的指针可以放其他任意类型的指针,比如char*,int*等等,虽然放的指针类型很多,但还是有一定的局限性

注:

1.void*类型不能直接解引用

2.void*类型指针不可加减整数

虽然void*可以包含许多类型的指针,但这恰恰让其只知道指向的位置,却不知道访问多大的空间,故产生以上问题。

加餐const

const使变量有了常属性,见下代码

#include<stdio.h>
int main()
{
    const int a = 10;//给a加上const
    a = 20;//这时修改a的值时编译器就会报错
    int *pa = &a;
    *pa = 20;//这时候a的值将被成功改掉,pa执政相当于一个后门,间接改a
    const int *pb = &a;//给*pb加上const属性
    *pb = 0;//这时候通过*pb来改a时就会报错
    return 0;
}

其中,const虽然有了常属性,但本质上还是属于变量范畴(通常叫:常变量),const对于变量只是在语法上做了限制。

当const放在不同位置时,起到的作用也是不同的

const int a = 10;//不能通过a改变a变量的值
const int *pa = &a;//不能通过*pa改变a的值,但pa指针可以被直接改变
int const *pb = &a;//pb和pa的性质相同
int *const pc = &a;//可以通过*pc改变a的值,但pc的值不能直接改变
const int * const pd = &a;//不可通过*pd改变a,同时也不能直接改变pd

注意观察,其实不难发现,根据const所在的位置,就可以判断其在哪个变量上做了限制了。

指针关系运算(比大小)

比的是地址的高低(感觉没啥讲的)

野指针

我们在C语言学习过程中,肯定不免听到别人说“野指针”这三个字,现在我们来聊聊野指针吧。

现在我来给大家生成一个野指针

#include<stdio.h>
int main()
{
    int *ptr;
    *ptr = 20;//非法访问
    return 0;
}

其中ptr就是一个野指针,也就是所指向不可知地址的指针 ,由于生成的指针ptr指向方向不定,所以在访问或改变其指向的值的时候是极其不安全的,因为没有人会知道他指向的是哪一块空间。

避免生成野指针:

1.给指针初始化

2.不知道初始化什么,给指针赋NULL

3.指针用完记得置NULL

4.避免返回局部变量的地址

(在局部变量销毁,空间释放后局部变量指针就成为野指针而引发错误)

assert断言

如果你在为害怕误用指针而烦恼,建议来看看assert吧,它能一定程度上帮助你判断指针是否可以使用,在assert.h中定义了宏assert();

#include<stdio.h>
#include<assert.h>
int main()
{
    int *pa = NULL;
    assert(pa != NULL);//当pa为空指针时报错
    return 0;
}

传值和传址

在函数调用过程中,有时候会遇到传递参数的问题,但有时候单纯传递数却无法解决一些问题

比如:写一个函数用来交换两个变量的值

#include<stdio.h>
void Swap1(int x,int y)
{
    int tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
}
void Swap2(int* pa,int* pb)
{
    int tmp = *pa;
    *pa = *pb;
    *pb = tmp;
}
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    Swap1(a,b);
    printf("%d %d\n",a,b);//这里将会打印 10 20,可以看到变量并没有交换
    Swap2(&a,&b);
    printf("%d %d\n",a,b);//这里打印 20 10,变量成功交换
    return 0;
}

可以看出,当要用来改变传递变量的值的时候,可以传递它的地址,而直接传递其数值就达不到这样的效果。

传址:让函数与主调函数建立联系

二级指针

指针的内存用来存放地址数据,那么能否创建一个指向指针变量的指针呢?

当然可以,见代码

#include<stdio.h>
int mian()
{
    int a = 10;
    int * p = &a;//取a的地址
    int ** pp = &p;//取指针p的地址,pp为二级指针
    int *** ppp = &pp;//取二级指针pp的地址,ppp为三级指针(用的很少)
    //其中**pp==a
    printf("%d\n",**p);
    return 0;
}

指针数组

什么是指针数组,字面意思:存放指针的数组

#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    int c = 30;
    int* arr[3] = {&a,&b,&c};//其中arr数组的每个元素都为int类型的指针变量
    return 0;
}

数组指针

也是字面意思:指向数组的指针

注:在看这些名字的时候,可以注意一下它的命名特点和方式,比如数组在后其本质就是数组,指针在后其就是指针。

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int (*parr)[10] = &arr;//其中parr是数组指针,&arr取得是整个数组的指针
//[]的优先级 > *
//*代表parr是一个指针,而[10]代表parr指向的数组有十个元素,每个元素是int类型
//parr + 1会跳过整个数组
//用parr访问元素(*parr)[i]

二维数组传参

#include<stdio.h>
void print1(int arr[3][5],int r,int c){....}//这两种传参方式都对
void print2(int (*arr)[5],int r,int c){....}
int main()
{
    int arr[3][5];
    print(arr,3,5);//二维数组传参
    return 0;
}

函数指针

字面意思:指向函数的指针

#include<stdio.h>
int Add(int x,int y)
{
    return x + y;
}
int main()
{
    int (*pf)(int,int)=&Add;
    int ret = (*pf)(4,9);
    int (*pf2)(int,int) = Add;//Add本身就可以作为地址赋给pf2
    int ret2 = (*pf2)(4,9);
    int ret3 = pf(4,9);//调用是pf可不用解引用
    printf("%d %d %d\n",ret,ret2,ret3);//打印的三个值是相同的
    return 0;
}

函数指针数组

总的来说其实还是要看名字,就是存放函数指针的数组

使用举例

#include<stdio.h>
int add(int x, int y)
{
  return x + y;
}
int sub(int x, int y)
{
  return x - y;
}
int mul(int x,int y)
{
  return x * y;
}
int div(int x, int y)
{
  return x / y;
}
void menu()
{
  printf("1.add\n");
  printf("2.sub\n");
  printf("3.mul\n");
  printf("4.div\n");
  printf("0.exit\n");
}
int main()
{
  int a, b;
  menu();
  int input;
  int (*parr[5])(int, int) = { NULL,add,sub,mul,div };
     //上面的函数指针数组里分别放了四个函数指针
  scanf("%d", &input);
  while (input < 5 && input>0) {
    scanf("%d%d", &a, &b);
    int ret = parr[input](a, b);//通过调用函数指针数组来间接访问各个函数
    printf("%d", ret);
  }
  return 0;
}

以上的代码,完成了一个简单的计算器,同时规避了一堆if else的冗杂,这便是函数指针数组的一个妙用。

总结

以上讲了指针的基本类型,但是关于指针的细节还有很多很多,再往后深入就是要注意指针的不同类型和运算,才是深入了解和应用指针的关键。那么今天的指针内容就先分享到这里,如果感觉对你还有帮助的话,记得留一个小小的赞再走哦!

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