C生万物 | 从浅入深理解指针【第一部分】

仍然探索未知中2023-10-30 16:59

C生万物 | 从浅入深理解指针【第一部分】

文章目录

  • [C生万物 | 从浅入深理解指针【第一部分】](#C生万物 | 从浅入深理解指针【第一部分】)
    • 一、内存和地址
      • [1.1 内存](#1.1 内存)
      • [1.2 究竟该如何理解编址](#1.2 究竟该如何理解编址)
    • 二、指针变量和地址
      • [2.1 取地址操作符（&）](#2.1 取地址操作符（&）)
    • 三、指针变量和解引用操作符（*）
      • [3.1 指针变量](#3.1 指针变量)
      • [3.2 如何拆解指针类型](#3.2 如何拆解指针类型)
      • [3.3 解引用操作符](#3.3 解引用操作符)
    • 四、指针变量的大小
      • [4.1 指针变量类型的意义](#4.1 指针变量类型的意义)
      • [4.2 指针的解引用](#4.2 指针的解引用)
      • [4.3 指针+-整数](#4.3 指针+-整数)
    • 五、const修饰指针
      • [5.1 const修饰指针变量](#5.1 const修饰指针变量)
    • 六、指针运算
      • [6.1 指针+- 整数](#6.1 指针+- 整数)
      • [6.2 指针-指针](#6.2 指针-指针)
      • [6.3 指针的关系运算](#6.3 指针的关系运算)
    • 七、野指针
      • [7.1 野指针成因](#7.1 野指针成因)
      • [7.2 指针指向的空间释放](#7.2 指针指向的空间释放)
    • 八、如何规避野指针
      • [8.1 指针初始化](#8.1 指针初始化)
      • [8.2 小心指针越界](#8.2 小心指针越界)
      • [8.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性](#8.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性)
      • [8.4 避免返回局部变量的地址](#8.4 避免返回局部变量的地址)
    • 九、assert断言
    • 十、指针的使用和传址调用
      • [10.1 传址调用](#10.1 传址调用)
      • [10.2 传址调用](#10.2 传址调用)
    • 十一、strlen的模拟实现

一、内存和地址

1.1 内存

  • 在讲内存和地址之前，我们想有个生活中的案例：

  • 假设有一栋宿舍楼，把你放在楼里，楼上有100个房间，但是房间没有编号，你的一个朋友来找你玩，如果想找到你，就得挨个房子去找，这样效率很低，但是我们如果根据楼层和楼层的房间的情况，给每个房间编上号，如：

    • 一楼：101，102，103...
    • 二楼：201，202，203...

有了房间号，如果你的朋友得到房间号，就可以快速的找房间，找到你。

  • 生活中，每个房间有了房间号，就能提高效率，能快速的找到房间。

如果把上面的例子对照到计算中，又是怎么样呢？

  • 我们知道计算上CPU（中央处理器）在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放回内存中，那我们买电脑的时候，电脑上内存是8GB/16GB/32GB等，那这些内存空间如何高效的管理呢？

其实也是把内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小取1个字节。

  • 计算机中常见的单位（补充）：
  • 一个比特位可以存储一个2进制的位1或者0
c 复制代码 
bit - 比特位
byte - 字节
KB
MB
GB
TB
PB
c 复制代码 
1byte = 8bit
1KB = 1024byte
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB
1PB = 1024TB
  • 其中，每个内存单元，相当于一个学生宿舍，一个人字节空间里面能放8个比特位，就好比同学们住的八人间，每个人是一个比特位。
  • 每个内存单元也都有一个编号（这个编号就相当于宿舍房间的门牌号），有了这个内存单元的编号，CPU就可以快速找到一个内存空间。
  • 生活中我们把门牌号也叫地址，在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。C语言中给地址起了新的名字叫：指针。
  • 所以我们可以理解为：内存单元的编号 == 地址 == 指针

1.2 究竟该如何理解编址

  • CPU访问内存中的某个字节空间，必须知道这个字节空间在内存的什么位置，而因为内存中字节很多，所以需要给内存进行编址(就如同宿舍很多，需要给宿舍编号一样)。
  • 计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计完成的。钢琴、吉他面没有写上"都瑞咪发嗦啦"这样的信息，但演奏者照样能够准确找到每一个琴弦的每一个位置，这是为何？因为制造商已经在乐器硬件层面上设计好了，并且所有的演奏者都知道。本质是一种约定出来的共识！硬件编址也是如此~~
  • 首先，必须理解，计算机内是有很多的硬件单元，而硬件单元是要互相协同工作的。所谓的协同，至少相互之间要能够进行数据传递。但是硬件与硬件之间是互相独立的，那么如何通信呢？答案很简单，用"线"连起来。而CPU和内存之间也是有大量的数据交互的，所以，两者必须也用线连起来。不过，我们今天关心一组线，叫做地址总线。
  • 我们可以简单理解，32位机器有32根地址总线，每根线只有两态，表示0,1【电脉冲有无】，那么一根线，就能表示2种含义，2根线就能表示4种含义，依次类推。32根地址线，就能表示2^32种含义，每一种含义都代表一个地址。地址信息被下达给内存，在内存上，就可以找到该地址对应的数据，将数据在通过数据总线传入CPU内寄存器。

二、指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

理解了内存和地址的关系，我们再回到C语言，在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间，比如：

  • 下面这段代码变量创建的本质是什么？
c 复制代码 
int main() 
{
	int a = 10;
	return 0;
}
  • 变量创建的本质是：在内存上开辟空间~~
    要向内存申请4个字节的空间，存放数据0
  • 比如，上述的代码就是创建了整型变量a，内存中申请4个字节，用于存放整数10，其中每个字节都有地址，上图中4个字节的地址分别是：
c 复制代码 
0x005FFC54  0a  
0x005FFC55  00  
0x005FFC56  00  
0x005FFC57  00

那我们如何能得到a的地址呢？

  • 这里就得学习一个操作符(&)-取地址操作符
c 复制代码 
#include <stdio.h>
int main() {
	int a = 10;
	&a;//取出a的地址
	printf("%p\n", &a);
	return 0;
}
  • 对于a来说，我们那到的是a所占4个字节的第一个地址（地址较小的那个字节的地址）

按照我画图的例子，会打印处理：005FFC54

  • 虽然整型变量占用4个字节，我们只要知道了第一个字节地址，顺藤摸瓜访问到4个字节的数据也是可
    行的。

三、指针变量和解引用操作符（*）

3.1 指针变量

  • 那我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是一个数值，比如：0x006FFD70，这个数值有时候也是需要存储起来，方便后期再使用的，那我们把这样的地址值存放在哪里呢？答案是：指针变量中。

  • 比如：

c 复制代码 
int main() {
	int a = 10;
	int* pa = &a;//取出a的地址并存储到指针变量pa中
	return 0;
}
  • 其中pa叫做指针变量~~，因为是存放指针的变量，所以叫做指针变量
  • 指针变量也是一种变量，这种变量就是用来存放地址的，存放在指针变量中的值都会理解为地址。

3.2 如何拆解指针类型

  • 我们看到pa的类型是int* ，我们该如何理解指针的类型呢？
c 复制代码 
int a = 10;
int* pa = &a;
  • 这里pa左边写的是int*，*是在说明pa是指针变量，而前面的int是在说明pa指向的是整型(int)类型的对象。
  • 那如果有一个char类型的变量ch，ch的地址，要放在什么类型的指针变量中呢？
c 复制代码 
char ch = 'w';
pc = &ch;//pc 的类型怎么写呢？
  • 既然是char类型的变量，那肯定就要放在char类型的指针变量里~~
c 复制代码 
char ch = 'w';
char* pc = &ch;

3.3 解引用操作符

  • 我们将地址保存起来，未来是要使用的，那怎么使用呢？

    在现实生活中，我们使用地址要找到一个房间，在房间里可以拿去或者存放物品。

  • C语言中其实也是一样的，我们只要拿到了地址（指针），就可以通过地址（指针）找到地址（指针）指向的对象，这里必须学习一个操作符叫解引用操作符(*)。

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 100;
	int* pa = &a;
	*pa = 0;
	return 0;
}
  • 上面代码中第7行就使用了解引用操作符， *pa 的意思就是通过pa中存放的地址，找到指向的空间，pa其实就是a变量了；所以pa = 0，这个操作符是把a改成了0.有同学肯定在想，这里如果目的就是把a改成0的话，写成a = 0; 不就完了，为啥非要使用指针呢？
  • 其实这里是把a的修改交给了pa来操作，这样对a的修改，就多了一种的途径，写代码就会更加灵活，后期慢慢就能理解了。

四、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或者0，那我们把32根地址线产生的2进制序列当做一个地址，那么一个地址就是32个bit位，需要4个字节才能存储。
  • 如果指针变量是用来存放地址的，那么指针变的大小就得是4个字节的空间才可以。
  • 同理64位机器，假设有64根地址线，一个地址就是64个二进制位组成的二进制序列，存储起来就需要
  • 8个字节的空间，指针变的大小就是8个字节。
  • 接下来我们再看看下面这个~~
c 复制代码 
int main()
{
	int num = 10;
	int* p = &num;
	
	char ch = 'w';
	char* pc = &ch;

	printf("%zd\n", sizeof(p));
	printf("%zd\n", sizeof(pc));
	return 0;
}

  • 我们这里是x86环境下，猜猜这里这个p和pc的大小是多少？p是4个字节？pc是1个字节？

  • 让我们来看看~~

  • 可以看到，都是4个字节，指针变量的大小是固定的，不要以为char*类型的就小，看不起char*类型的指针~~

x86环境下为什么char*的指针变量和int*的指针变量都是4个字节呢？

  • 指针变量是干什么呢?是为了存放地址的

  • 那指针变量的大小是取决于存放一个地址需要多大的空间！！！

  • 地址都是32个0/1组成的二进制序列的话，那么存放这个地址需要的空间的大小就是4个字节，所以指针变量的大小都是4个字节~~

  • 同样x64环境，64根地址线，地址就是64个0/1组成的二进制序列，存放这样的地址，需要8个字节，所以指针变量的大小就是8个字节~~

  • 如果不相信，我们在VS中试一下~~

c 复制代码 
#include <stdio.h>
//指针变量的大小取决于地址的大小
//32位平台下地址是32个bit位（即4个字节）
//64位平台下地址是64个bit位（即8个字节）
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(char*));
	printf("%zd\n", sizeof(short*));
	printf("%zd\n", sizeof(int*));
	printf("%zd\n", sizeof(double*));
	return 0;
}
  • 32位下：
  • 64位下：
  • 俗话说，不要在门缝里看人，把人看扁了
  • 今天，我要告诉你，不要在门缝里看指针，把指针看扁了~~

结论：

  • 32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节
  • 64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节
  • 注意指针变量的大小和类型是无关的，只要指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的。

4.1 指针变量类型的意义

  • 指针变量的大小和类型无关，只要是指针变量，在同一个平台下，大小都是一样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？

  • 其实指针类型是有特殊意义的，我们接下来继续学习~~

4.2 指针的解引用

  • 我们来看下面的两段代码，通过调试来进行分析，观察内存的变化~~

代码一：

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

代码二：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* pc = &n;
	*pc = 0;
	return 0;
}
  • 我们按键盘上的F10，如果有的同学是笔记本，就在笔记本上按Fn+F10，开始调试
  • 打开调试->窗口->内存->
  • 这个时候我们发现，怎么是倒着存的？不应该是正的存吗，这里就要涉及到一个概念，大小端存储如果还有同学不知道的话可以看看这个章节->C生万物 | 深度挖掘数据在计算机内部的存储
  • 我们回归正题~~
  • 我们把这个n的地址取出来放到pi变量里，然后解引用，把n的值改为0，我们可以看一下~~
  • 可以看到，4个字节全部改为了0~~

现在再来看第二个代码~~

  • 我们可以看到我将n的地址放到char*类型的变量里，那能不能放的下？
  • 答案是能！！！刚刚就说过，指针变量都是4个字节，为什么放不下~~
  • 然后我们继续看，*pc = 0，我们这个是修改的几个字节?
  • 我们可以看到，它只修改了一个字节，因为是char*的指针变量

结论：

  1. 指针类型是有意义的
  2. 指针类型是决定了指针在解引用操作时的权限，也就是一次解引用访问几个字节，char*类型的指针解引用访问1个字节，int*类型的指针一次访问4个字节

4.3 指针±整数

  • 我们先来看下面这一段代码~~
c 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	int* p = &n;
	char* pc = &n;

	printf("p = %p\n", p);
	printf("p + 1 = %p\n", p + 1);

	printf("pc = %p\n", pc);
	printf("pc + 1 = %p\n", pc + 1);
	return 0;
}
  • 我们可以看出， char* 类型的指针变量+1跳过1个字节， int* 类型的指针变量+1跳过了4个字节。
  • 这就是指针变量的类型差异带来的变化。

结论：

  1. 指针类型是有意义的
  2. 指针类型决定了指针进行+1/-1操作的时候一次跳过几个字节
  3. 指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

那有的同学会问，指针类型这些特点，怎么是使用呢？

  • 我们之前一个数组是用数组的下标来访问的，今天我们就用指针的方式访问~~

我们先来回忆一下数组的方式~~

c 复制代码 
int main() {
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	//下标的方式
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++) {
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}
  • 可以看到，我们已经将数组中的元素已经打印出来了~~

我们再用指针的方式来访问~~

  • 我们将arr[0]的地址放入了指针p中，然后再通过for循环中*p找到arr每个的元素，那找到一个元素，还想找下一个元素怎么办？那就要加1，因为p是整形指针，+1跳过4个字节，正好找到下一个元素
c 复制代码 
int main() {
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	//下标的方式
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	//int i = 0;
	//for (i = 0; i < sz; i++) {
	//	printf("%d ", arr[i]);
	//}

	//指针的方式
	int i = 0;
	int* p = &arr[0];
	for (i = 0; i < sz; i++) {
		printf("%d ", *p);
		p = p + 1;
	}
	return 0;
}
  • 我们可以看到，也全部访问到了~~
  • 那有的同学回说，我不想另外让p+1，我直接*(p+i)，这样可以吗？当然可以！！！
c 复制代码 
int main() {
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	//指针的方式
	int i = 0;
	int* p = &arr[0];
	for (i = 0; i < sz; i++) {
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}
  • 如果不懂的话，我们进行画图理解

相信看完了上面，你对指针类型有一个对应理解~~

五、const修饰指针

  • 变量是可以修改的，如果把变量的地址交给一个指针变量，通过指针变量的也可以修改这个变量。
c 复制代码 
#include<stdio.h>
int main() {
	int n = 100;
	n = 200;

	printf("%d\n", n);
	return 0;
}
  • 但是如果我们希望一个变量加上一些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是const的作用。
c 复制代码 
int main() {
	const int n = 100;
	n = 200;//err

	printf("%d\n", n);
	return 0;
}
  • 上述代码中n是不能被修改的，其实n本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对n就行修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。
  • 但是如果我们绕过n，使用n的地址，去修改n就能做到了，虽然这样做是在打破语法规则。
  • 那有人这样想，这样不能修改，那我绕个弯，把n的地址取出来，交给一个指针变量p，然后进行修改~~
c 复制代码 
int main() {
	const int n = 100;
	int* p = &n;
	*p = 200;

	printf("%d\n", n);
	return 0;
}
  • 哎！它怎么修改了？就比如说有个门，门锁上了，看见有个窗户，我从窗户进去了，这个行为就是钻窗户行为~~
  • 这里一个确实修改了，但是我们还是要思考一下，为什么n要被const修饰呢？就是为了不能被修改，如果p拿到n的地址就能修改n，这样就打破了const的限制，这是不合理的，所以应该让p拿到n的地址也不能修改n，那接下来怎么做呢？

5.1 const修饰指针变量

const修饰指针有两种情况：

  1. const放在*的左边
  2. const放在*的右边
  • 首先我们先将const放在*的左边~~
c 复制代码 
int main() {
	int m = 100;
	int n = 10;

	const int* p = &n;
	*p = 0;

	p = &m;

	printf("%d\n", n);
	return 0;
}
  • 这里可以看到p指向的值不能被修改
  • p变量还是可以被修改的~~
  • 然后我们先将const放在*的左边~~
c 复制代码 
int main() {
	int m = 100;
	int n = 10;

	int* const p = &n;
	*p = 0;

	p = &m;

	printf("%d\n", n);
	return 0;
}
  • 可以看到p指向的对象可以被修改~~

结论：

  1. const如果放在*的左边，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。但是指针变量本身的内容可变。
  2. const如果放在*的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变。
  • 那有的同学说我这样放，可不可以？可以！！！
c 复制代码 
int const *  p = &n;
c 复制代码 
int *const  p = &n;
  • 这两种方法都是可以的，我们只是关注的是const放在*左边还是右边

六、指针运算

6.1 指针± 整数

  • 因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，顺藤摸瓜就能找到后面的所有元素。
c 复制代码 
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
c 复制代码 
#include <stdio.h>
//指针+- 整数
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));//p+i 这里就是指针+整数
	}
	return 0;
}
  • 接下来我们就调试起来看一看
  • 可以看到已经放进去了
  • 这里p+i就访问到每一个元素了~~

6.2 指针-指针

  • 指针-指针是有前提的，指针和指针两个指针的指向同一块空间
  • 我们先来看下面的这个一个代码，输出的结果是多少？
c 复制代码 
int main() {
	int arr[10] = { 0 };
	int ret = &arr[9] - &arr[0];

	printf("%d", ret);

	return 0;
 }
  • 答案是9~~，我们来分析一下：

  • 也可以这样理解，&arr[0]+9--->>>&arr[9]

  • 结论： 指针-指针得到的绝对值，是指针和指针之间元素的个数

  • 那有的同学说，那这个有什么用呢？
  • 还记得有一个函数strlen吗？
  • strlen的功能是求字符串长度，如果有同学不了解这个函数的话可以去cplusplus网站上看一下
  • 我们来看一下怎么使用
c 复制代码 
int main() 
{
	char arr[] = "abcdef";
	int len = strlen(arr);

	printf("%d\n", len);
	return 0;
}
  • 可以看到它已经求出字符串长度了~~
  • 我们知道字符串的结束标志是\0，让我求长度，我就统计\0之前出现字符的个数
  • 那我们现在自己模拟实现一下这个函数~~
  • 我们这里写成my_strlen，我们把数组传参，然后形参以指针接收，指针指向了数组首元素的地址，然后我们定义个计数器count，如果p!=\0,count++，p++，最后返回count的个数~~
c 复制代码 
int my_strlen(char* p)
{
	int count = 0;
	while (*p != '\0')
	{
		count++;
		p++;
	}
	return count;
}


int main() 
{
	char arr[] = "abcdef";
	int len = my_strlen(arr);

	printf("%d\n", len);
	return 0;
}
  • 可以看到也统计出来个数了~~
  • 我们再写出另一个版本，接下来继续看~~
  • 我们知道指针减去指针得到的是元素之间的个数
  • 首先我记录一下起始位置，让p++，一直找到\0为止，最后返回p-s就得到了元素的个数~~
  • 我们来看一下代码和结果~~
c 复制代码 
#include <stdio.h>
int my_strlen(char* s)
{
	char* p = s;
	while (*p != '\0')
		p++;
	return p - s;
}
int main()
{
	printf("%d\n", my_strlen("abc"));
	return 0;
}

明白了上面的内容，我们再来将一个指针的关系运算~~

6.3 指针的关系运算

  • 所谓的关系运算，就是比较大小
  • 我们来看一下例子~~
c 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	while (p < arr + sz) //指针的大小比较
	{
		printf("%d ", *p);
		p++;
	}
	return 0;
}
  • 这里我们比较的是两个地址的大小关系~~
  • 我们可以看到，也是可以打印出来的~~

七、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）

7.1 野指针成因

指针未初始化：

c 复制代码 
#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;
}
  • 可以看到这里报了错，如果你有看过我写的函数的栈帧创建与销毁就明白了，局部变量不初始化默认里面放的是cccccccc
  • 所以一个局部变量不初始化的话，会得到一个随机值~~
  • 而随便的一个地址，能解引用吗？不能！！！
  • 一块空间你要想使用，你需要先申请拿到这块空间

指针越界访问：

  • 我们先来看代码
c 复制代码 
#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;
	}
	return 0;
}

  • 我们这里的p++是先执行的，而p++是先使用后++

  • 我们这里可以看到，我把arr[0]的地址放入了*p指针变量，然后我们进行遍历赋值，那我们这里判断条件是不是就越界访问了，超出了数组的范围，当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针，这是很危险的~~

  • 我们这里还可以调试一下看看~~

  • 可以看到，数组arr造到了破坏，而越界访问的内容也修改了，如此可见，这多么的危险！！！

7.2 指针指向的空间释放

  • 我们先来看一下下面的代码~~
c 复制代码 
#include <stdio.h>
int* test()
{
	int n = 100;
	return &n;
}
int main()
{
	int* p = test();
	printf("%d\n", *p);
	return 0;
}
  • 这里创建了一个函数test()，返回一个地址，既然这个函数返回的是一个地址，那我用一个指针来接收，然后*p这个地址
  • 这个n在出这个函数的时候被销毁了，这就会造成指针指向的空间释放~~

八、如何规避野指针

8.1 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，可以给指针赋值NULL

什么意思呢，我们用代码来说~~

  • 这里的p非常明确的指向了a，直接赋值~~
c 复制代码 
int main() 
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	return 0;
}
  • 我们这里假设在这里创建了个ptr，我现在不用，但我可以在后面才会用，但是这个指针变量不能空着，这个时候我们要给他初始化NULL
c 复制代码 
int main() 
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	int* ptr = NULL;
	return 0;
}
  • NULL是什么呢？本质上就是空指针，我们这个时候可以右键，转到定义里看一下

  • 那有的同学会说，那我直接给他赋值为0，可不可以呢？本质上是可以的，但是，当我们赋值为0了，有的时候会以为是一个整数，而我们赋值为NULL的时候，那就很明显了，一看就是空~~

  • 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。

  • 这里我们也可以看到~~

8.2 小心指针越界

  • 一个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是越界访问
  • 这个谁都帮不了你，只能自己小心，不要越界~~
  • 一个程序员想写bug，谁都拦不住~~

8.3 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性

  • 当指针变量指向一块区域的时候，我们可以通过指针访问该区域，后期不再使用这个指针访问空间的时候，我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的一个规则就是：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。
  • 我们可以把野指针想象成野狗，野狗放任不管是非常危险的，所以我们可以找一棵树把野狗拴起来，就相对安全了，给指针变量及时赋值为NULL，其实就类似把野狗栓前来，就是把野指针暂时管理起来。
  • 不过野狗即使拴起来我们也要绕着走，不能去挑逗野狗，有点危险；对于指针也是，在使用之前，我们也要判断是否为NULL，看看是不是被拴起来起来的野狗，如果是不能直接使用，如果不是我们再去使用。
  • 下面我们来看一段代码~~
  • 这里我们创建了一个数组，然后用指针遍历这个数组，当遍历完后，指针已经指向了10的后面，指向了不属于我们的空间
  • 假设暂时不再使用p了，为了安全，我们可以把p赋值为NULL
  • 如果后面还会用到这个指针，我们再把这个p赋值，我们还可以再进行判断是否为NULL
c 复制代码 
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,67,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p++) = i;
	}
	//此时p已经越界了，可以把p置为NULL
	p = NULL;
	//下次使用的时候，判断p不为NULL的时候再使用
	//...
	p = &arr[0];//重新让p获得地址
	if (p != NULL) //判断
	{
		//...
	}
	return 0;
}

8.4 避免返回局部变量的地址

  • 我们来看下面这一段代码
  • 首先我们先调用了一下test函数，函数里创建了个数组，数组是局部变量，而我们返回了这个数组的地址，我们使用了一个指针变量p来接收，当test函数返回的时候局部变量已经被操作系统回收了，这就会造成野指针，如果有看过函数的栈帧的创建与销毁的话就明白了
  • 返回栈空间地址的问题，很容易造成野指针的问题~~
c 复制代码 
int* test()
{
	//局部变量
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	//.....
	return arr;
}

int main()
{
	int* p = test();//p就是野指针
	return 0;
}

九、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指定条件，如果不符合，就报错终止运行。这个宏常常被称为"断言"。
c 复制代码 
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。
  • 我们可以看到，什么都不会发生~~
c 复制代码 
#include <assert.h>

int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;
	assert(p != NULL);
	return 0;
}
  • 当我们赋值为了一个空指针时，可以看到会报错误
  • 通过这样一个方式就可以拦住他~~
c 复制代码 
#include <assert.h>

int main()
{
	int a = 10;
	int* p = NULL;
	assert(p != NULL);
	return 0;
}
  • 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）， assert() 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assert() 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 。
c 复制代码 
#define NDEBUG
#include <assert.h>

  • 然后，重新编译程序，编译器就会禁用文件中所有的assert() 语句。如果程序又出现问题，可以移除这条#define NDBUG 指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启用了assert() 语句。

  • 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。

  • 一般我们可以在debug中使用，在release版本中选择禁用assert就行，在VS这样的集成开发环境中，在release版本中，直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在release版本不影响用户使用时程序的效率。

十、指针的使用和传址调用

一直叫传值调用，一种叫传址调用，接下来我们继续看~~

10.1 传址调用

  • 学习指针的目的是使用指针解决问题，那什么问题，非指针不可呢？
    例如：写一个函数，交换两个整型变量的值
  • 一番思考后，我们可能写出这样的代码：
c 复制代码 
#include <stdio.h>
void Swap1(int x, int y)
{
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
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;
}

当我们运行代码，结果如下：

  • 这里怎么没有达到交换的效果？我们来调试看一下
  • 我们可以看到只有x和y交换了，而a和b没有交换
  • 我们发现在main函数内部，创建了a和b，a的地址是0x0039f9f0，b的地址是0x0039f9e4，在调用Swap1函数时，将a和b传递给了Swap1函数，在Swap1函数内部创建了形参x和y接收a和b的值，但是x的地址是0x0039f90c，y的地址是0x0039f910，x和y确实接收到了a和b的值，不过x的地址和a的地址不一样，y的地址和b的地址不一样，相当于x和y是独立的空间，那么在Swap1函数内部交换x和y的值，自然不会影响a和b，当Swap1函数调用结束后回到main函数，a和b的没法交换。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，这种叫传值调用。

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收实参，对形参的修改不影响实参。所以Swap是失败的了。

10.2 传址调用

  • 那怎么办呢？
  • 我们现在要解决的就是当调用Swap函数的时候，Swap函数内部操作的就是main函数中的a和b，直接将a和b的值交换了。那么就可以使用指针了，在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap函数里边通过地址间接的操作main函数中的a和b就好了。
c 复制代码 
#include <stdio.h>
void Swap2(int* px, int* py)
{
	int tmp = 0;
	tmp = *px;
	*px = *py;
	*py = tmp;
}
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;
}

首先看输出结果：

  • 我们可以看到实现成Swap2的方式，顺利完成了任务，这里调用Swap2函数的时候是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。

十一、strlen的模拟实现

  • 这个我们上面已经实现过了，这次我们再写的全一些~~
  • 我们创建了一个字符数组，要求出这个字符串的长度，我们写一个my_strlen()
  • 它传参传的是数组首元素的地址，我们用一个*str的指针来接收，我们这个函数期望这个字符串来修改吗？不期望，这里我们再加上一个const
  • 这里我们需要断言str，确保指针的有效性
  • 现在str指向a的，当str!='\0'，str++,计数器也++，最后返回计数器~~
  • 求字符串的时候没有负数吧，我们就可以设置成size_t
  • 现在软件更加健壮了，也叫鲁棒性~~

计数器方式

c 复制代码 
size_t my_strlen(const char* str)
{
	size_t count = 0;
	assert(str);
	while (*str)
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}
int main()
{
	char arr[] = "abcdef";
	size_t len = my_strlen(arr);
	printf("%zd\n", len);
	return 0;
}

好了，指针的第一部分就到这里就结束了~~

如果有什么问题可以私信我或者评论里交流~~

感谢大家的收看，希望我的文章可以帮助到正在阅读的你🌹🌹🌹

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