深入理解指针（1）---学习笔记分享

深入理解指针（1） 学习笔记

1.1内存与指针的浅显理解

1.内存划分为一个个的内存单位（1个字节），一个字节可以放八个比特位

2.内存单元的编号==地址==指针

1.2如何理解编址

1.地址总线

2.数据总线

3.控制总线

每根线只有两态，地址信息被下达给内存，就可以找到该地址对应的数据，将数据再通过数据总线传入cpu内寄存器；

2.1和2.2

变量创建的本质就是在内存里面申请空间；

eg1：int a = 20；//向内存申请四个字节的空间，用来存放int类型的数值；这四个字节，每个字节都有地址；变量的名字仅仅是给程序员看的，编译器不看名字，编译器是通过地址找内存单元的；&a就能拿到变量a的地址；

int * pa = &a；pa是一个变量，这个变量是用来存放地址（指针）的，所以pa叫指针变量（名字），int *是pa的类型；

//*表示pa是指针变量

//int 表示pa指向的变量a的类型是int

*pa// *--解引用操作符（间接访问操作符）

2.3指针变量的大小

前面的内容我们了解到，32位机器假设有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是1或0，那我们把32根地址线产生的2进制序列当作一个地址，那么一个地址就是32个bit位，需要4个字节才能储存。

如果是64位机器，一个地址就是64个二进制位组成的二进制序列，储存起来就需要8个字节的空间，指针变量的大小就是8个字节。

int a = 10;
int* p = &a;
//1.指针变量是用来存放地址的，地址的存放需要多大空间，那么指针变量的大小就是多大
printf("%zd\n",sizeof(p));
char ch = 'w';
char * pc = &ch;
printf("%zd\n",sizeof(pc));
//指针变量大小跟类型无关，x86就是4，x64就是8，与类型无关

3.指针类型的意义

3.1指针的解引用

//代码1
#include<stdio.h>
int main()
{
    int n = 0x11223344;
    int *pi = &n;
    *pi = 0;
    return 0;
}

//代码2
#include<stdio.h>
int main()
{
    int n = 0x11223344;
    char *pc = (char *)&n;
    *pc = 0;
    return 0;
}

上述代码我们调试之后我们可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0，但是代码2只是将n的第一个字节改为0。

结论：指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（一次能操作几个字符）。比如：char的指针解引用就只能访问一个字节，而int的指针的解引用就能访问四个字节。

3.2指针+/-整数

int * pa ； pa + 1 -----> +1*sizeof(int)

pa + n------> +n*sizeof(int)

char * pc; pc + 1 -------> 1*sizeof(char)

pc + n -------> n*sizeof(char)

指针的类型决定了指针向前或者向后走一步大概有多大（距离）

3.3 void*指针

无具体类型的指针--void* (泛型指针)

可以用来接受任意类型地址，但是也有局限性；void*类型的指针不能直接进行指针的+-整数和解引用的运算

int a = 10;
char ch = 'w';
void* pv1 = &a;//int*
void* pv2 = &ch;//char*

4.const修饰指针

4.1const修饰普通变量

变量是可以修改的，如果把变量的地址交给一个指针变量，通过指针变量也可以改变这个变量。但是如果我们希望一个变量加上一些限制，让它不能被修改--------const的作用

//代码1
int num = 100;
num = 200;
const int n = 10;//不可以被修改，具有常属性；const修饰变量的时候叫：常变量（本质上还是变量）
n = 20;//编译的时候会在这里报错
//代码2（const锁了门，但还可以翻窗户间接改）
const int n = 10;
int* p = &n;
*p = 200;
printf("%d\n",n);//打印200

4.2const修饰指针变量

一般来讲const修饰指针变量，可以放在左边，也可以放在右边，意义是不一样的

int main()
{
    int n = 10;
    int m = 100;
    //const放在*左边限制的是*p，但没有限制p；限制的是指针指向的内容，不能通过指针变量来修改它指向的内容
    //但是指针变量本身是可以改变的
    int const*p = &n;//const放在*左边的第一种情况
    const int* p = &n;//const放在*左边的第二种情况
    *p = 20;//err,const限制了*p
    p = &m;//ok,不会报错
    return 0；
}

int main()
{
    int n = 10;
    int m = 100;
    //const放在*右边限制的是p，但没有限制*p
    //限制的是指针变量本身，指针不能改变它的指向，但是可以通过指针变量修改它所指向的内容
    int * const p = &n;//const放在*右边
    *p = 20;//ok,不会报错err                
    p = &m;//err,const限制了p
    
    return 0;
    
}

关于指针p有3个相关的值

1.p，p里面放着一个地址

2.*p，p指向的那个对象

3.&p，表示的是p变量的地址

结论：

1.const放在*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。这种声明中，const修饰的是指针指向的数据。这意味着指针p指向的数据是常量，不能通过p来修改。但是，指针p本身可以被修改，即你可以让p指向另一个地址。（房间里的人不能变，但门牌号可以变）。

2.const放在*的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针比那辆的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变；这种声明中，const修饰的是指针变量本身。这意味着指针p的值（即它所指向的地址）是常量，不能被修改。但是，指针指向的数据可以被修改。（房间的门牌号不能变，但房间里面的人可以变）。

5.指针运算

1.指针 +- 整数；

2.指针 - 指针；

3.指针的关系运算；

5.1指针 +- 整数

1.指针类型决定了指针+1，的

步长；还决定了指针解引用的权限

2.数组在内存中连续存放的

5.2指针 - 指针

指针-指针的绝对值是指针和指针之间元素的个数（计算的前提条件是两个指针指向的是用一个空间）

int main()
{
    int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    printf("%d\n",&arr[9] - &arr[0]);//打印9
    return 0;
}

//写一个函数求字符串的长度

strlen统计的是字符串中\0之前字符的个数

//写一个my_strlen函数
//第一种写法
size_t my_strlen(char* p)//size_t是一个无符号整型
{
    int count = 0;
    while(*p != '\0')
    {
        count++;//计数器
        p++
    }
    return count;
}
​
//第二种写法
size_t my_strlen(char* p)//size_t是一个无符号整型
{
    char* start = p;
    char* end = p;
    while(*end != '\0')
    {
        end++;
    }
    return end - start;
}
​
int main()
{
    char arr[] = "abcdef";
    size_t len = my_strlen(arr);//数组名其实是数组首元素的地址 arr == &arr[0]
    printf("%zd\n",len);
    return 0;
}

5.3指针的关系运算

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

6.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）

6.1野指针成因

1.指针未初始化

#include<stdio.h>
int main()
{
    int* p;//p是局部变量，但是没有初始化，其值是随机的；
    //如果将p中存放的值当作地址，解引用操作符就会形成非法访问
    *p = 10;//p就是野指针
    return 0;
}

2.指针越界访问

#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;
    }
    int* p;
    *p = 10;
    return 0;
}

6.2如何避免野指针

6.2.1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，可以给指针辅助NULL

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

#includem<stdio.h>
{
    int a = 10;
    int *p = &a;
    int *p2 = NULL;
    *p2 = 200;//err
}

6.2.2小心指针越界

不能超出范围访问

6.2.3指针变量不再使用，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

约定俗成的一个规则：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

if(*p != NULL)
{
    *p = 200;
}

6.2.4避免返回局部变量的地址

7.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制定条件，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， 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），assent（）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 assent（）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 <assert.h>语句的前面，定义一个宏 NDEBUG。

#define NDEBUG
#include<assert.h>

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

一般可以在Debug中使用，再Release中选择禁用assert就行

8.指针的使用和传址调用

8.1 strlen的模拟实现

//求字符串长度
//参数p指向的字符串不期望被修改，在前面加const
size_t my_strlen(const char* p)//size_t是一个无符号整型
{
    size_t count = 0;
    assert(p != NULL);//检测指针p是否有效//使代码健壮性和鲁棒性（更稳定）
    while(*p)
    {
        count++;//计数器
        p++
    }
    return count;
}
​
int main()
{
    char arr[] = "abcdef";
    size_t len = my_strlen(arr);//数组名其实是数组首元素的地址 arr == &arr[0]
    printf("%zd\n",len);
    return 0;
}

8.2 传值调用和传址调用

写一个函数，交换两个整型变量的值

#include<stdio.h>
void Swap1(int x,int y)
{
    int z = 0;
    z = x;
    x = y；
    y = z;
}
​
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;
}
//发现交换失败
//当实参传递给形参的时候，形参是实参的一份临时拷贝，对形参的修改不会影响实参

#include<stdio.h>
void Swap2(int *pa,int *pb)
{
    int z = 0;
    z = *pa;
    *pa = *pb;
    *pb = z;
}
​
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;
}

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，叫做传值调用

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受实参，对形参的修改不影响实参。

所以Swap1是失败的。

Swap2函数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。

传址调用，可以让函数和主调函数之间建立真正的联系，在函数内部可以修改主调函数中的变量；所以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算，就可以采用传值调用。如果函数内部要修改主调函数中的变量的值，就需要传址调用。