指针(初阶）

1. 指针是什么？

指针是什么？
指针理解的2个要点：
1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址
2. 平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量
总结：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）取出变量的内存其实地址，把地址可以存放到一个变量中，这个
变量就是指针变量。

每一个字节都有地址，我们&a取出的是地址最小的那一个字节的地址，然后把地址存放在指针变量中，*p就是指针，类型是int。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;//是向内存中的栈区空间申请4个字节的空间，这4个字节用来存放10这个数值int* p = &a;return 0;
}

总结：
指针变量，用来存放地址的变量。（存放在指针中的值都被当成地址处理）。
那这里的问题是：
一个小的单元到底是多大？（1个字节）
如何编址？
经过仔细的计算和权衡我们发现一个字节给一个对应的地址是比较合适的。
对于32位的机器，假设有32根地址线，那么假设每根地址线在寻址的时候产生高电平（高电压）和低电平（低电压）就是（1或者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
这里就有2的32次方个地址。
每个地址标识一个字节，那我们就可以给 （2^32Byte == 2^32/1024KB ==
2^32/1024/1024MB==2^32/1024/1024/1024GB == 4GB） 4G的空闲进行编址。

这里我们就明白：
在32位的机器上，地址是32个0或者1组成二进制序列，那地址就得用4个字节的空间来存储，所以
一个指针变量的大小就应该是4个字节。
那如果在64位机器上，如果有64个地址线，那一个指针变量的大小是8个字节，才能存放一个地
址。

总结：
指针是用来存放地址的，地址是唯一标示一块地址空间的。
指针的大小在32位平台是4个字节，在64位平台是8个字节

 2. 指针和指针类型

这里我们在讨论一下：指针的类型
我们都知道，变量有不同的类型，整形，浮点型等。那指针有没有类型呢？
准确的说：有的。
当有这样的代码：

int num = 10;
p = #

要将&num（num的地址）保存到p中，我们知道p就是一个指针变量，那它的类型是怎样的呢？
我们给指针变量相应的类型。

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

这里可以看到，指针的定义方式是： 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。
int* 类型的指针是为了存放 int 类型变量的地址。
那指针类型的意义是什么？

2.1 指针+-整数

这里我们发现，int*的指针加1跳过4个字节，char*的指针加1跳过1个字节.

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

 总结：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

2.2 指针的解引用

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {0x11223344,0x11223344,0x11223344,0x11223344,0x11223344,0x11223344,0x11223344,0x11223344,0x11223344,0x11223344 };short* p = arr;//int* p=arr;int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){*p = 0;p++;}return 0;
}

如果用short*的指针，一次改变2个字节，循环10次改变20个字节，也就是5个整形。

如果用int*的指针，一次改变4个字节，循环10次改变40个字节，也就是10个整形。

总结：
指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（能操作几个字节）。
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. 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）。

3.1 野指针成因

1. 指针未初始化

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{int* p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值*p = 20;return 0;
}

2. 指针越界访问

arr只有10个元素，但是for循环有11次，11次的空间不属于arr，就会造成越界。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 0 };int* p = arr;int i = 0;for (i = 0; i <= 10; 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;
}

3.2 如何规避野指针

1. 指针初始化
2. 小心指针越界
3. 指针指向空间释放即使置NULL
4. 避免返回局部变量的地址
5. 指针使用之前检查有效性

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{int* p = NULL;//....int a = 10;p = &a;if (p != NULL){*p = 20;}return 0;
}

4. 指针运算

4.1 指针+-整数

我们使用指针打印数组的内容，用下标访问，for循环来跳过字节数。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };//            0 1 2 3 4 5 6 7 8 9//使用指针打印数组的内容int * p = arr;int i = 0;for (i = 0; i < 10; i++){//printf("%d ", *(p + i));printf("%d ", *(arr + i));//printf("%d ", arr[i]);//printf("%d ", i[arr]);//p指向的是数组首元素//p+i 是数组中下标为i的元素的地址//p+i 起始时跳过了i*sizeof(int)个字节}return 0;
}

4.2 指针-指针

指针-指针的前提：两个指针指向同一块区域，指针类型时相同的。

指针-指针差值的绝对值，指针和指针之间的元素个数。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 0 };printf("%d\n", &arr[9] - &arr[0]);printf("%d\n", &arr[0] - &arr[9]);return 0;
}

 

实例：模拟实现strlen

用指针-指针的方式计算出首元素和\0之间的元素个数。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
size_t my_strlen(char* str)
{char* start = str;while (*str){str++;}return str - start;
}
int main()
{char arr[] = "abcdef";size_t len = my_strlen(arr);printf("%zd\n", len);return 0;
}

 

4.3 指针的关系运算

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
for (vp = &values[N_VALUES]; vp > &values[0];)
{*--vp = 0;
}
代码简化, 这将代码修改如下：
for (vp = &values[N_VALUES - 1]; vp >= &values[0]; vp--)
{*vp = 0;
}

实际在绝大部分的编译器上是可以顺利完成任务的，然而我们还是应该避免这样写，因为标准并不保证它可行。

标准规定：
允许指向数组元素的指针与指向数组最后一个元素后面的那个内存位置的指针比较，但是不允许与
指向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

指针就是指针，指针变量就是一个变量，存放的是地址，指针变量的大小是4/8个字节。

数组就是数组，可以存放一组数，数组的大小取决于元素的类型和个数。

数组的数组名就是首元素的地址，地址是可以放在指针变量里的。
那么这样写代码是可行的：

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
int *p = arr;//p存放的是数组首元素的地址

既然可以把数组名当成地址存放到一个指针中，我们使用指针来访问一个就成为可能。

通过一个指针可以访问数组中的元素。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };int* p = arr; //指针存放数组首元素的地址int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);for (int i = 0; i < sz; i++){printf("&arr[%d] = %p <====> p+%d = %p\n", i, &arr[i], i, p + i);}return 0;
}

 6. 二级指针

pp是二级指针变量，存放的是p的地址，int**是类型。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int* p =  &a;//p是指针变量，一级指针变量int* * pp = &p;//pp指针变量，二级指针变量**pp = 20;printf("%d\n", a);//20//int** * ppp = &pp;//pp是指针变量，三级指针变量//...return 0;
}

7. 指针数组

指针数组是指针还是数组？
答案：是数组。是存放指针的数组。
数组我们已经知道整形数组，字符数组。

int arr1[5];
char arr2[6];

 那指针数组是怎样的？

int* arr3[5];
//存放整形指针的数组，有5个元素，每个元素是一个整形指针

使用指针数组，模拟一个二维数组 ，当i是0的时候，拿到的是arr1的地址，用j访问arr1的元素，当i是1的时候，拿到的是arr2的地址，用j访问arr2的元素，当i是2的时候，拿到的是arr3的地址，用j访问arr3的元素.

int main()
{int arr1[] = { 1,2,3,4,5 };int arr2[] = { 2,3,4,5,6 };int arr3[] = { 3,4,5,6,7 };//指针数组int* arr[] = { arr1, arr2, arr3 };int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){int j = 0;for (j = 0; j < 5; j++){printf("%d ", arr[i][j]);}printf("\n");}return 0;
}

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今天的分享到这里就结束了，感谢老铁们的阅读，让我们下期再见。