C语言基础--指针详细分析

指针

1. 指针变量定义

在计算机内部每一个字节单元都有一个编号，称为地址。
内存单元的地址称为指针，存放指针的变量称为指针变量。

上面这两句话揭示了指针和指针变量的区别。
请记住上面两句话，因为这就是指针的本质。

计算机位数对应于地址的字宽，32位计算机的字宽就是32位的，也就是4个字节。(所有类型(int*,char*,struct*，数组等)的指针都是32位的，即4个字节的)

为什么呢？因为计算机的位数代表了其寻址能力，因为指针变量存放的是指针，也就是地址。而我们的计算机需要利用32位二进制去给内存编址，也就是4个字节。所以在遇到别人让你求sizeof(指针变量)时，这个问题就变得很简单了，现在我们知道了32位的机器下面，这个值是4,64位机器下面这个值是8。好了，下次别人再问你这个问题，你可以反问他：你说的是多少位的机器？

指针定义形式如下：

类型说明符* 变量名

• *表示一个指针变量，类型说明符表示指针所指向的数据类型。
• 虽然所有的指针都等长，但是还要指明数据宽度，因为对指针变量的其他操作都涉及都涉及指针变量的数据宽度。(即指针所指向数据的类型)

2. 指针变量的赋值

​ 指针变量定义以后需要赋给具体的值，否则·不能随便使用。指针变量的值只能是其所指向的变量的地址。不能是其他数据。

​ C语言中变量的地址是有编译系统分配的，用户不知道的。但是变量的地址可以用&运算符来查看变量的地址。形式如下：

​ &变量名 // & —>取地址符

3. 指针变量的引用

• *------>指针运算符(间接存取运算符)
• &------>取地址运算符

指针变量P的目标变量m,因此*P,m,*(&m)表达式的含义相同。

• P-----指针变量，它的内容是地址
• *P-----指针所指向的对象，它的内容是数据(即其所指向的变量的值)
• &P------指针变量所在的存储区域的地址(注意这里的说法，也就是指针变量的地址)

4. 指针的运算

​ 指针运算是以指针变量所存放的值(地址量)作为运算量来进行的运算。指针的运算是指就是地址的计算。定义指针变量P：

• p+n---->指针向地址方向大的方向移动n个数据

• p-n----->指针向地址方向小的地方移动n个数据

• +±----->++p,p++

• – ------>–p,p–

• p-q--------->两个指针之间相隔数据元素的个数

  p + x---->实际内存单元的地址量：p+x*sizeof(p指向的数据类型)

• 注意：两个指针相减的结果值不是地址量，而是两个指针间的元素个数。

指针的关系运算：

• 具有不同数据类型的指针之间的关系运算没有意义。指向不同数据区域的两个指针之间的关系运算也没有意义。

两个重要的表达式：

• *p++----->两个运算符属于同一优先级，且结合性都是自右向左，相当于*(p++)，表达式的作用是在原p的值的基础上进行间接操作，再将p值加1。表达式的值是提取原p的内容。(++p，因为p位于*的右边，++的左边，所以p先与右边的*结合，p先参与运算*P,再把p值后移一个数据宽度，即再执行p++的操作)
• *++p ------>相当于*(++p)，先将p的值移动一个数据单位，再取当前p所指向的内存单元中的数据

5. 空指针

空指针即指针指向了零号地址，在程序中可以为指针赋初值0，所以可以用：int *p = 0;

C 中一般用NULL指针来代表0，它可以表明一个指针当前并未指向任何变对象。
比如：int *p = NULL;
这就代表**指针p指向了0号地址，**因为我们知道指针变量是用来存放指针也就是地址的，其中的值一定是存放的某一个地址。假设我们定义指针却没有初始化，其实此时指针变量中也是有值的，只不过我们不知道它指向哪里。为了安全起见，C标准就规定了NULL代表0号地址即0x0000 0000
也就是说NULL实际上是与0是等效的。
口说无凭，给个例子：

这是为什么我们在一些编程中会经常拿指针变量去和0比较来判断它是否为非空的原因了。

在定义指针时，最好将指针初始化为0，否则我们无法清楚指针具体指向了哪里，该指针也就变成了野指针。

6. 指针和数组

数组名是一个地址，指针的一次相加是以其所指向的对象的数据宽度为单位进行移动。数组名 +i ---->数组名[i]

指针的效率要高于数组下标。

[]是变址运算符，*(a+i)和a[i]无条件等价

假设指针P指向数组a的首元素，那么素组元素以下几种表达方式是等价的：a[i]<—>*(a+i）<—>p[i]<—>*(p+i)(前提：令p = a）

数组名是地址常量，指针是地址变量，数组名可以被作为指针参与运算，但是不能被赋值

 根据上面提到的特性我们可以推出以下几个表达式是等价的：
 ```c
 /*前提*/
 int *p,a[10];
 p = a;
 /*等价关系*/
 a    <----->&a[0]	//数组首地址
 *a   <----->a[0]
 *(a+i)+b <------> a[i] + b
 *a++ <-------> a[i++]
 *++a <-------> a[++i]
 *a-- <-------> a[i--]
 *--a <-------> a[--i]

7. 指针与二维数组

二维数组可以看做是以一维数组为元素的特殊的一维数组。即多维数组就是低维数组组合而成。多维数组参与运算时以行为单位进行移动，也被称为行地址。

我们依旧以指针来理解多维数组：

• a[]—>第一行第一列元素的地址
• a---->第一行的首地址，也等于第一行第一列元素的地址
• a+1—>第二行第一列元素的地址
  基于上面三点，我们可以得出以下对等关系：
  a[1][1]<->*(&(a[1][0])+1)<->*(a[1]+1)<->*(*(a+1)+1)
  还可以得到：a[1] = *(a+1)
  可能这个表示不是很好理解，下面我来仔细分析一下：

  1. a是以行为单位进行移动的，就是代表行地址。而我们多维数组又可以看做是由一维数组一行一行的排列而成，所以我们可以得到。然后我们可以得出行指针是指向这一行一维数组的首地址的指针，也就相当于二级指针。

  2. 而数组中的表示符号’[]'表示偏移加取值(我们可以联想到一维数组中的利用数组下标取值)。所以a[1]就很好理解了，二维数组第一行数组的地址偏移一行，也就是第二行，再进行取值操作。前面有提到二维数组的数组名相当于二级指针，对它进行取值后得到的就是一级指针。也就是第二行数组的首(元素)地址。

  3. 经过上面两点的分析，我们已经可以理解了，为什么a+1后还要进行取值操作了。目的当然是为了得到一级指针，也就是第二行数组首(元素)地址。

     理解了上面这个表达式后，我们对多维数组中的任何表达式都能轻车熟路了，当然了再总结一下：

当偏移量前的元素单元是整个素组时，偏移的单位是行，当偏移量前的元素单元是行时，偏移的单位是行中的元素。

8. 多级指针

指向一级指针变量的指针称为二级指针。同理可推：n级指针也就是指向n-1级指针变量的指针。

二级指针: <存储类型> <数据类型> **<指针名>

int m = 100,*p = NULL;
int **q = NULL;

p = &m;
q = &p;	//等价于*q = p，**q = m

9. 指针数组

指由若干个具有相同存储类型和数据类型指针变量构成的集合。
定义形式：<储存类型> <数据类型> *<指针变量名> [<大小>]

不够生动和具体，我们来举个例子：

int *a[5];

• 上面就定义了一个指针数组，我们来分析一下：

  1. 因为’[]‘优先级比’*‘要高，所以a先与’[]'结合，组成一个一维数组。
  2. 然后这个移位数组再与’*'结合，此时数组中的每一个元素就都变成了一个指针变量。
  3. 于是每一元素都是指针变量的数组，就是指针数组。
  4. 我们的指针数组常用来存储多个字符串。

• 其实我们可以看出来，指针数组名实际为二级指针。

• 但是指针数组，我们还会经常和数组指针一个概念搞混淆。
  下面来看下什么是数组指针：
  存储类型 <数据类型> (*数组指针名) [大小]
  比如：int (*p) [4]；//这里必须加’()‘因为’[]'优先级更高
  分析：这就是定义了一个指针变量p，它指向了含有四个元素的一维数组。

从名字上就可以看出，数组的指针，也就是指向数组的指针。是不是很熟悉，提醒一下前面讲到的二维数组时提到的指向一维数组的指针，比如数组a[2][3]，a就是指向一行一维数组的指针，a+1就是指向第二行一维数组的指针。这么一说就显得很简单了。

数组指针其实就是用来存储数组地址的指针。其本质是一个指针

10. const与指针

const关键字的作用是使得变量常量化，即限制变量为只读。若用来使指针变量常量化。
下面来分析一下，以下几个表达式的不同之处：

const int *a; //限制了通过指针去修改指针所指向的目标，但是该变量可以通过修改自身的值进行改变。

int const *a; //同上面的一样。

int *const a; //指针变量存储的地址值不能被修改。但是可以*a去修改指针的目标值。

const int *const a;//常量化指针变量和其表达式，即不可以修改指针变量的地址，也无法通过*a去修改目标值。

前两个位限制指针变量a所指向的变量的值不能被修改；第三种形式时限定指针变量a的不能被改动。第四种为限制指针变量的值及其所指向的变量的值都不能修改。

• 总结：

  • 1.指针变量名与const之间没有任何修饰符，限制指针变量为只读。即限定指针变量存储的地址值不能被改变
  • 2.指针指向的目标值为只读，const修饰(int )或者修饰*，不能通过p去修改。

11. void指针

• void类型的指针变量是一种不确定数据类型的指针变量，它可以通过强制类型转换，才能让指针变量指向其他数据类型。
• *在没有强转之前void 类型的指针不能进行任何数据运算。

12. 字符指针

• 字符指针就是存储字符变量的地址

• 利用字符指针对字符串进行遍历

• 虽然字符数组名是字符串的首地址，但是数组名是一个常量，其值是不能改变的(不能进行自加、自减、赋值等操作)，但如果把字符数组的首地址赋值给一个字符指针变量，就可以移动这个字符指针变量来访问每一个字符。

  字符指针数组：

  • 若数组中存储了若干个字符串的地址，则这个数组就叫做字符指针数组。例如：

    char s1[] = {"welcime"};
    char s2[] = {"to"};
    char s3[] = {"wuhan"};
    
    char *a1[] = {s1,s2,s3};
    char *a2[] = {"welcome","to","wuhan"};
    

    上面这段代码中，a1和a2都是字符指针数组。a1,a2存储的是一维指针的地址，所以，a1,a2也是二级指针，也是我们前面提到的指针数组。