普通指针扫盲

一、什么是指针

C语言里，变量存放在内存中，而内存其实就是一组有序字节组成的数组，每个字节有唯一的内存地址。
CPU 通过内存寻址对存储在内存中的某个指定数据对象的地址进行定位。这里，数据对象是指存储在内存
中的一个指定数据类型的数值或字符串，它们都有一个自己的地址，而指针便是保存这个地址的变量。也
就是说：指针是一种保存变量地址的变量。

前面已经提到内存其实就是一组有序字节组成的数组，数组中，每个字节大大小固定，都是 8bit。对这些
连续的字节从 0 开始进行编号，每个字节都有唯一的一个编号，这个编号就是内存地址。示意如下图：

这是一个 4GB 的内存，可以存放 2^32 个字节的数据。右侧侧的连续的十六进制编号就是内存地址，每个内
存地址对应一个字节的内存空间。而指针变量保存的就是这个编号，也即内存地址。

二、为什么要使用指针

在C语言中，指针的使用非常广泛，因为使用指针往往可以生成更高效、更紧凑的代码。总的来说，使用
指针有如下好处：
1）指针的使用使得不同区域的代码可以轻易的共享内存数据，这样可以使程序更为快速高效；
2）C语言中一些复杂的数据结构往往需要使用指针来构建，如链表、二叉树等；
3）C语言是传值调用，而有些操作传值调用是无法完成的，如通过被调函数修改调用函数的对象，但是这
种操作可以由指针来完成，而且并不违背传值调用。

三、如何声明一个指针

3.1 声明并初始化一个指针

指针其实就是一个变量，指针的声明方式与一般的变量声明方式没太大区别：

int *p; // 声明一个 int 类型的指针 p
char *p // 声明一个 char 类型的指针 p
int *arr[10] // 声明一个指针数组，该数组有10个元素，其中每个元素都是一个指向 int
int (*arr)[10] // 声明一个数组指针，该指针指向一个 int 类型的一维数组
int **p; // 声明一个指针 p ，该指针指向一个 int 类型的指针

指针的声明比普通变量的声明多了一个一元运算符 “”。运算符 “” 是间接寻址或者间接引用运算符。当它
作用于指针时，将访问指针所指向的对象。在上述的声明中： p 是一个指针，保存着一个地址，该地址指
向内存中的一个变量； *p 则会访问这个地址所指向的变量。
声明一个指针变量并不会自动分配任何内存。在对指针进行间接访问之前，指针必须进行初始化：或是使
他指向现有的内存，或者给他动态分配内存，否则我们并不知道指针指向哪儿，这将是一个很严重的问
题，稍后会讨论这个问题。初始化操作如下：

/* 方法1：使指针指向现有的内存 */
int x = 1;
int *p = &x;// 指针 p 被初始化，指向变量 x ，其中取地址符 & 用于产生操作数内存地址/* 方法2：动态分配内存给指针 */
int *p;
p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);// malloc 函数用于动态分配内存
free(p);// free 函数用于释放一块已经分配的内存，常与 malloc 函数一起使用，要使用这两个函数需要头文件 stdlib.h

指针的初始化实际上就是给指针一个合法的地址，让程序能够清楚地知道指针指向哪儿。

3.2 未初始化和非法的指针

如果一个指针没有被初始化，那么程序就不知道它指向哪里。它可能指向一个非法地址，这时，程序会报
错，在 Linux 上，错误类型是 Segmentation fault（core dumped），提醒我们段违例或内存错误。它也可
能指向一个合法地址，实际上，这种情况更严重，你的程序或许能正常运行，但是这个没有被初始化的指
针所指向的那个位置的值将会被修改，而你并无意去修改它。用一个例子简单的演示一下：

#include "stdio.h"
int main()
{int *p;*p = 1;printf("%d\n",*p);return 0;
}

这个程序可以编译通过，但是运行的话会报错，报错信息如下：

要想使这个程序运行起来，需要先对指针 p 进行初始化：

#include "stdio.h"
int main()
{int x = 1;int *p = &x;printf("%d\n",*p);*p = 2;printf("%d\n",*p);return 0;
}

这段代码的输出结果如下：

可以看到，对指针进行初始化后，便可以正常对指针进行赋值了。

3.3 NULL指针

NULL 指针是一个特殊的指针变量，表示不指向任何东西。可以通过给一个指针赋一个零值来生成一个
NULL 指针。

#include "stdio.h"
int main()
{int *p = NULL;printf("p的地址为%p\n",p);return 0;
}
/***************
* 程序输出：
* p的地址为（nil）
***************/

可以看到指针的地址为nil，即空值，也可以理解为0。在大多数的操作系统上，程序不允许访问地址为 0
的内存，因为该内存是为操作系统保留的。但是，内存地址 0 有一个特别重要的意义，它表明改指针不指
向一个可访问的内存位置。

四、指针的运算

C 指针的算术运算只限于两种形式：

1） 指针 + - 整数

可以对指针变量 p 进行 p++、p–、p + i 等操作，所得结果也是一个指针，只是指针所指向的内存地址相比于 p 所指的内存地址前进或者后退了 i 个操作数。比如，0x10000000等是内存地址的十六进制表示（数值是假定的），p 是一个 int 类型的指针，指向内存地址 0x10000008 处。则 p++ 将指向与 p 相邻的下一个内存地址，由于 int 型数据占 4 个字节，因此 p++ 所指的内存地址为 1000000c。其余类推。不过要注意的是，这种运算并不会改变指针变量 p 自身的地址，只是改变了它所指向的地址。

2）指针 - 指针

只有当两个指针都指向同一个数组中的元素时，才允许从一个指针减去另一个指针。两个指针相减的结果的类型是 ptrdiff_t，它是一种有符号整数类型。减法运算的值是两个指针在内存中的距离（以数组元素的长度为单位，而不是以字节为单位）。举个例子：

#include "stdio.h"
int main()
{int a[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};int sub;int *p1 = &a[2];int *p2 = &a[8];sub = p2-p1;printf("%d\n",sub);// 输出结果为 6sub = p1-p2;printf("%d\n",sub);// 输出结果为 -6return 0;
}