【C语言】指针篇-简单快速了解指针-必读指南（1/5）

【前文】

一、内存和地址(知识铺垫(了解即可))

内存(Memory)是计算机的重要部件，也称内存储器和[主存储器]它用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等[外部存储器]交换的数据。

当CPU（中央处理器）在处理数据的时，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放回内存中。

问题:那么内存空间如何高效的管理的呢?

• 是将内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小取一个字节(一个字节等于八个比特位，比特bit是二级制位（Binary digit）的简称，一个二进制包含的信息量成为一比特bit。）
• 每个内存单元都有一个编号(相当于宿舍房间的门牌号)，有这个内存单元的编号，CPU就可以通过这个编号快速找到一个内存空间
• 在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。C语言给地址起了个新名字位指针，这里解释了计算机中内存是按照字节编址的，也是每个字节都有唯一的地址，而对于比特是没有地址
• 可以理解为:内存单元的编号==地址 ==指针；

1.1 如何理解编址

CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节空间在内存的什么位置，因为内存中有很多字节，所以需要给内存进行编制，计算机中的编址不是把每个字节的地址都记录下，而是通过硬件设计完成。

钢琴、吉他上面没有写上“都瑞咪发嗦啦”这样 的信息，但演奏者照样能够准确找到每⼀个琴弦的每⼀个位置，这是为何？因为制造商已经在乐器硬件层面上设计好了，并且所有的演奏者都知道。本质是⼀种约定出来的共识！

首先，计算机内是有很多硬件单元的，而硬件单元是要相互协同工作，既然是协同工作，至少之间要能够进行数据传递，但是硬件和硬件之间是互相独立的，那么如何通信呢?那么需要通过"线"连起来，那么CPU和内存之间也是有大量的数据交互，所以这两者必须也用线连起来。

这里只关注一组线:地址总线

可以简单理解为32位机器有32根地址总线，那么每根线只有两态，表示0，1【电脉冲有无】，一根线能代表两种含义，两根线就能表示四种含义，依次类推。32根地址线，就能表示2^32种含义，每一种含义都代表一个地址。

地址信息被下达给内存，在内存上，就可以找到地址对应的数据，将数据在通过数据总线传入CPU内寄存器中

【正文】

一、指针变量

了解内存和地址的关系，可知创建变量需要向内存申请一定大小的空间

指针变量时用于存放其他变量的地址（其他变量在内存中存储的位置），简称指针。指针本身是一种变量，需要占用一定大小的空间的，用来存放指针值(指针变量本身的地址)。

【指针定义说明的一般形式】:

类型说明符（void） *指针变量名（name）;
*表示pa是一个指针变量
类型说明符表示指针变量指向什么类型的对象

【比如】:

int p=1;char q='a';
int *pa=&p;说明指针变量pa是指向int类型变量的指针
char *qa=&q;说明指针变量qa是指向char类型变量的指针

【注意】:

• 指针变量值表达的是某个数据对象的地址，只允许取正的整数值的。
• 但是他不等同于整形类型变量，如果指针变量取0值，即为NULL(空)，则表示指针指向对象不存在，为空指针

1.1 指针的初始化和赋值运算

类型说明符 指针变量名=初始化地址值

注意:

• 初始化中也是将初始地址赋值给指针变量
• 在赋值语句中，变量的地址也只能赋值给指针变量，这种赋值运算操作限制在同类之间

1.2 指针运算符（& 、*）

取地址操作符 &:返回存放其他变量的内存地址(只限于一个具体的变量或数值元素，不可用于表达式)

int p=1;
int *pa=&p;//这里pa存放p的地址

*解引用操作符 :返回地址(指针标量指向的地址)中的变量值

int p=1;
int *pa=&p;//这里pa存放p的地址
int ret=*pa//ret==1

这里样对于变量的修改，多了一种途径，写代码就会更加灵活

1.3 指针变量的大小

通过前面“内存和地址”，32位机器有32根地址总线，每根地址线出来的电信号转换成数字信号后(1或0)，将32根地址线产生的二级制序列当做一个地址，那么一个地址需要32个bit位，也是4个字节存储。那么在64位机器，有64根地址总线，一个的地址就是64个二级制位组成的二级制序列，那么一个需要地址需要64个bit位，也是8个字节存储。

小总结:

指针变量是用来存放地址的，那么在不同机器下，地址的大小也会影响指针变量的大小

1. 32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节
2. 64位平台下地址是64位bit位，指针变量大小是8个字节
3. 指针变量的大小和类型是无关的，只要指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的

1.4 指针变量类型的意义

既然指针变量的大小与指向的类型无关，那么为什么要区分各种指针类型呢?

那当然是因为指针类型在其他方面有特殊的意义

#include <stdio.h>
int main()
{
    int n=0x11223344;
    int *p1=&n;
    *p=0;
    
    int m=0x11223344;
    char *p2=(char *)&m;//原本&m 应该由int *类型存储
    *pc=0;
    return 0;
}
这里涉及到了大小端的知识，理解指针类型对解引用的影响

如图可得的，n的四个字节全部改为0，而m只是第一个字节改为0

结论:指针的类型决定，对指针解引用能修改几个字节的权利

拿上面的例子:

1. n是int 类型（占四个字节，其中两个数字算一个字节），int *指针类型指向n的地址，*当解引用的时候，int 指针只能访问四个字节
   
2. m是char 类型（占一个字节，其中两个数字算一个字节），char *指针类型指向m的地址，*当解引用的时候，char 指针只能访问一个字节(修改44)
   

1.5 指针±整数

代码:

#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 10;
char *pc = (char*)&n;
int *pi = &n;
printf("%p\n", &n);
    
printf("%p\n", pc);
printf("%p\n", pc+1);
    
printf("%p\n", pi);
printf("%p\n", pi+1);
return 0;
}

结论:指针类型决定了指针向前或者向后走一步有多大(距离)。char *类型的指针变量+1跳过1个字节，int *类型的指针变量+1跳过了4个

二、const修饰

2.1 const修饰变量

如果不希望这个变量被修改，可以使用const进行限制。

int main()
{
   const int m=0;
    m=1;//ok？
}

上边的代码:使用const修饰(语法上加了限制)，只要对n变量进行修改，就不符合语法规则，就会报错，对于const修饰后的变量是不能进行直接修改的.

通过上面刚学的一种修改变量的方法，通过n的地址取修改n值(打破语法规则)

int main()
{
    const int m=0;
    int *p=&m;
    *p=20;
    return 0;
}

这样子n变量还能被修改，const使用的就没有多大意义，这样子不是自己打自己脸吗？那么有什么办法p拿到了n的地址也不能修改n值(对指针下手)。

2.2 const修饰指针变量

int main()
{
    int m=0;
    int n=1;
  第一种:
    const int *pa=&m;
    pa=&n;
   *pa=10;//右边为不可修改值
  第二种:  
    int * const pa=&m;
    pa=&n;//左边为不可修改值
   *pa=10;
}

【总结】:当const修饰指针变量的时候

• const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放在*的右边，修饰的是指针变量本身，保证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

三、指针运算

指针的基本运算有三种

3.1 指针±整数

在连续存放的数据，只要知道第一个元素的地址，就可以知道后面所有的地址，这里整数也称为偏移量

数组
  int main()
{
    int nums[]={1,2,3,4,5};
    int *p=nums;//首元素的地址
    printf("%d",*(p+2));//那么p的偏移量为+2，打印结果是3
    return 0;
}

3.2 指针-指针

int main() 
{
    char *p="abcd";//不要忘记还有'\0'
    char *s=p;
    while(*p!='\0')
    {
        p++;
    }
    int ret=p-s;//4
     printf("%d",ret);   
    return 0;
}

【结论:】指针减指针表示指向两个指针之间的元素个数，求首元素到某个元素之间相错个数(在连续存储的情况下)

3.3 指针的关系运算

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;

四、野指针

野指针；指针指向位置是不可知的(具有不确定因素)

下列有几种野指针的成因：

指针未初始化int *p;

2.指针越界访问(数组越界访问)

int nums[10]={0};
int *p=nums;
for(int i=0;i<11;i<++)
{
    *(p++)=i;
}

3.指针指向的空间释放

int* test()
{
    int m=0;
    return &m
}
int mian()
{
    int *p=test();
    printf("%d\n",*p);
    return 0;
}
m是一个被销毁的局部变量，这里指针指向m所在的位置空间是不明确的，原本属于m的空间，可能被给了其他变量占用，这样子就导致程序可能不能达到预期效果

规避野指针

1.确定指针指向一片有效的空间，如果指针目前没有指向，可以为指针赋值为NULL，NULL是一个定义的标识符常量，值为0，0也是地址，这个地址是无法使用的

2.当指针变量不再使用，设置为NULL，指针使用之前检查有效性(判断语句或者断言)

3.规定:只要指针为NULL就不去访问，但是给野指针赋值为NULL，将野指针暂时管理起来，还是存在危险的。

五、assert断言（assert.h头文件定义了宏assert()）

作用:当符合程序符合指定条件，没有啥影响，如何不符合条件，就会报错终止运行。而这个宏常称为断言。

具体使用细节:

#inlclude <assert.h>
int p=0
assert(p!=0);

1. assert()宏接受一个表达式作为参数。如果表达式为真(返回值为非零)，没有啥影响，程序继续执行。
2. 如果表达式为假(返回值为零)，assert()就会报错，在标准报错流中stderr中写入一条错误信息(显示没有通过的表达式、表达式文件名和行号)

好处:

• 自动标识文件和出问题的行号
• 存在一种无需更改代码就能开启或关闭assert()的机制，就是在#include <assert.h>语句的前面，定义一个宏NDEBUG

#define NDEBUG
#include <stdio.h>

对于宏NEDBUG使用时，编译器就会禁用文件中assert()语句。如果程序出现问题，可以注释掉，就可以重新启动assert()语句

不足:assert()的引入了额外的检查，增加了程序的运行时间

• 在debug和release版本下，一般debug调试中使用，在release(发布版本)选择禁用assert，提高程序效率。
• 在VS这样的集成开发环境中，release版本中，直接优化掉了。

总结:debug版本有利于程序员排查问题，release版本不行用户使用程序的效率

六、传值调用和传址调用

在函数章节,提到形参是实参的一份临时拷贝，形参的改变不会影响到实参

#include <stdio.h>
void Swap(int x,int y)
{
    int tmp=x;
    x=y;
    y=tmp;
}
int main()
{
    int a=10;int b=20;
  Swap(a,b);
}

这里x和y的值等于a和b的值，但是各属于独立的空间，那么x和y值交换，不会影响到实参a和b值的交换

对于这种将变量的数值传递给函数，调用方法：传值调用

对此可以使用指针

#include <stdio.h>
void Swap(int *x,int *y)
{
    int tmp=*x;
    *x=*y;
    *y=tmp;
}
int main()
{
    int a=10;int b=20;
  Swap(&a,&b);
}

这里在main函数中将a和b的地址传递给了Swap函数，Swap函数通过地址间接的操作main函数中的a和b

对于这种将变量的地址传递给函数，调用方法：传址调用

谢谢大家的观看，这里是个人笔记，希望对你学习C有帮助。