C语言指针

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原创 2023-07-24 11:17:29 1k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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前言

在C语言中，指针是一个非常重要的概念，也是C语言的一大特点！它可以让程序员直接访问内存地址，更加灵活地利用内存和实现各种复杂的功能，从而实现对内存的灵活控制和高效利用。本篇文章将介绍C语言指针的相关语法及用途,希望能够帮助读者进一步了解指针！

1. 指针是什么？

在C语言中，创建的变量、数组等都会在内存上开辟空间，而每个空间都有一个唯一的编号，这个编号也被称为地址。而在C语言中，也把这个地址称为指针！

理解指针的两个要点：

1. 指针是内存中一个最小单元（1byte）的编号，也就是地址！
2. 平时口语中说的指针，通常是指指针变量，是用来存放地址的变量。

Tips：

指针就是地址，口语中说的指针通常指的是指针变量！

指针变量：

我们可以通过&（取地址操作符）取出变量的内存起始地址。把这个地址存放到一个变量中，我们称这个变量为指针变量！

例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10; //在内存中开辟一块空间
	int* p = &a;//我们用&，将a的地址取出来放到变量p中
				//所以p就是一个指针变量
	return 0;
}

1.2 如何编址呢？

以32位的机器（x86）为例:

在32位机器上，假设有32根地址线，那么每根地址线在寻址的时候会产生的高电平和低电平，这些电信号会转化为数字信号（分别对应1和0）

那么32根地址线产生的地址就会是：

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000001
… … …
11111111 11111111 11111111 11111111

这样就产生了2^32个地址！
每个地址标识为1byte，那我们就可以给（2^32Byte=4GB）4G的空间进行编址。

同理：64位机器上，可编码多大空间读者可同上自行计算！
这也同时说明指针变量的大小：

1. 在32位机器（x86）上，地址是32个0/1组成的二进制序列，那么地址就得用4个字节的空间来存储。所以一个指针变量的大小位为4byte。
1. 在64位机器（x64）上，地址是64个0/1组成的二进制序列，那么地址就得用8个字节的空间来存储。所以一个指针变量的大小位为4byte。

总结：

1. 指针变量是用来存放地址的，地址是唯一标识一个地址的。
2. 指针的大小在32位平台（x86）是4字节，在64位平台（x64）是8字节。

2. 指针和指针类型

指针类型是一种用于存储内存地址的数据类型。指针类型的变量可以存储另一个变量或对象的地址，而不是存储变量或对象的实际值。指针类型在计算机程序中非常常见，通常用于引用和访问动态分配的内存，以及在函数之间传递参数和返回值。常见的指针类型包括整型指针、字符指针、结构体指针、函数指针等。。

指针变量相应的类型：

char  *pc=NULL;
short *pi=NULL;
int   *ps=NULL;
long  *pl=NULL;
float  *pf=NULL;
double  *pv=NULL;

这里可以看到，指针的定义就是：type + 。
其实：
char类型的指针是为了存放char类型变量的地址。
short类型的指针是为了存放short类型变量的地址。
long类型的指针是为了存放long类型变量的地址。(其他同理)

2.1 指针±整数

我们先来看这段代码：

#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;
}

运行结果：在这里插入图片描述
总结：

指针类型决定了指针+1（-1）操作时的步长！

2.2 指针类型的意义

在1.2中，我们以及明确知道指针在32位机器下为4byte,在64位机器下为8byte!那指针类型有什么用呢？
我们来看看下面两段代码：
代码1：
在这里插入图片描述
代码2：

在上面两段代码中，我们发现char的指针解引用只能访问1个字节, 而int的指针解引用时能够访问4个字节！

总结：

指针的类型决定了，对指针解引用时有多大权限（能操作几个字节）！

3. 野指针

在C语言中，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）

3.1 野指针成因

3.1.1 指针未初始化

例子：

int main()
{
	int* p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值
	*p = 20;
	return 0;
}

3.1.2 指针越界访问

例子：

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* p = arr;
	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;
}

1.1.3 指针指向的空间释放

例子：

int* test()
{
	//a的空间是进入函数时创建，出函数时还给操作系统
	int a = 110;
	return &a;

int mian()
{
	//由于a的空间在出函数test()后还给操作系统
	//此时p就是野指针
	int* p = test();
	printf("%d\n", *p);
	return 0;
}

3.2 如何避免野指针

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

4. 指针运算

指针 + - 整数
指针 - 指针
指针的关系运算

4.1 指针 + /- 指针

指针 + /- 指针前面已经介绍过了，在此就不在详细介绍。
下面来看看这段代码：

#define N_VALUE 5
float values[N_VALUE];
float* vp;
int main()
{
	for (vp = &values[0]; vp < &values[N_VALUE];)
	{
		*vp++ = 1;//vp++,vp地址向后移动4字节
	}
	//输出
	for (int i = 0; i < N_VALUE; i++)
	{
		printf("%d ", values[i]);
	}
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

4.2 指针 - 指针

我们先来看看下面这段代码：

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

运行结果：
在这里插入图片描述
对比上面这段代码，我们发现指针相减，得到的是两指针之间的元素。

Tips:

指针 - 指针是有正负的，如果用低地址减高地址得到的是负数。所以指针相减的绝对值表示的是：指针之间的元素个数！
指针 - 指针运算的前提是：指针和指针指向同一块空间。

4.3 指针的关系运算

指针（地址）是有大小的。指针的关系运算就是比较指针的大小！

下面来看段代码：

#define NEL 5
float values[NEL];
float* vp;
int main()
{
	for (vp = &values[NEL]; vp > &values[0];)
	{
		*--vp=0;
	}
	return 0;
}

比较图：
在这里插入图片描述

化简上述代码，可修改如下：

#define NEL 5
float values[NEL];
float* vp;
int main()
{
	for (vp = &values[NEL-1]; vp > &values[0];vp--)
	{
		*vp=0;
	}
	return 0;
}

比较图：
在这里插入图片描述
实际上在绝大部分的编译器是可以正确完成任务的，然而我们还是要避免第二种。应为C语言中一个奇葩标准并不保证它一定可行！

在C语言中，C标准允许指向数组元素与指向数组的最后一个元素后面的那个内存位置的指针比较，但不允许与指向的第一个元素之前的那个内存位置的指针进行比较。

5. 指针和数组

指针和数组之间有什么关系呢？

区别：
指针变量就是指针变量，不是数组。指针变量的大小是4/8个字节，专门是用来存放地址的。
数组就是数组，不是指针。数组是一块连续的空间，可以存放1个或者多个类型相同的地址。
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联系：
数组中，数组名其实是首元素的地址，即数组名=地址=指针
当我们知道数组的首元素地址时，因为数组是连续存放的，所以通过指针就可以遍历访问数组。

例子：通过指针遍历数组

int main()
{
	int arr[6] = { 1,2,3,4,5,6 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int* p = arr;
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));//通过指针p遍历数组
	}
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

6. 二级指针

指针变量也是变量，是变量就有地址。那指针变量的地址放到哪里呢？
这就要提到二级指针了！
二级指针是指一个指针变量存储的是另一个指针变量的地址，即指向指针的指针。

例子：
在这里插入图片描述
对于二级指针的运算有：

ppa通过对ppa中的地址进行解引用，这样找到的是pa,即ppa其实访问的就是pa。

int b=10;
*ppa=&b;//等价于pa=&b

**ppa先通过*ppa找到pa，然后对pa进行解引用操作：*pa，那找到的就是a.

**ppa=30;//等价于*pa=30
//等价于a=30

7. 指针数组

在C语言中，存放整型的数组被称为整型数组、存放字符的数组被称为字符数组。同理，存放指针（地址）的数组就被称为指针数组！

例子：

int main()
{
	char arr1[] = "abcdef";
	char arr2[] = "hello world";
	char arr3[] = "cuihua";

	//指针数组
	char* parr[] = { arr1,arr2,arr3 };
	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		printf("%s\n", parr[i]);
	}
	return 0;
}