C语言之指针初阶

前言

一、内存与地址的关系

二、指针变量

三、野指针

四、const

五、传值调用与传址调用

总结

前言

本文主要介绍C语言指针的一些基础知识，为后面深入理解指针打下基础，因此本文内容主要包括内存与地址的关系，指针的基本语法，指针运算，野指针，还有const修饰指针和assert断言的使用，最后还会讲到指针的传址调用，希望对大家有所帮助。

一、内存与地址的关系

指针作为C语言的核心知识，那么指针究竟是什么呢？

首先指针其实就是地址，而地址是内存中一个个内存单元的编号

我们知道计算机上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，电脑上内存有8GB/16GB/32GB等，这些内存就是程序运行时需要用到的内存

为了更高效的管理与使用这些内存，于是就将这些内存分为一个个内存单元，每个内存单元的大小取一个字节，也就是8个比特位，⼀个比特位可以存储一个2进制的位1或者0

每个内存单元也都有一个编号，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，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：指针

所以我们可以这样理解：内存单元的编号 == 地址 == 指针

如图：

二、指针变量

指针变量就是储存地址的变量

1. 取地址操作符 &

&操作符是一个单目操作符，用来取出一个变量的地址

比如，创建 int a，观察其地址

图中画红线的部分就为a变量在内存中的地址以及储存的数据，即0x004FF82C为地址，0a 00 00 00为以16进制储存的数据，其中 0a 表示的就是以16进制保存的十进制数字10，因为一个16进制数需要4个比特位表示，0a就是两个16进制数，占了8个比特位刚好为一个字节，而0a 00 00 00 四个这样的就刚好表示4个字节，至于为什么0a在前面，这是编译器自己的规则

2.指针变量创建

对于一般的指针变量的创建

(类型) * 变量名;

这样就将变量 a ,b 的地址存储在对应类型的指针变量里面，其余的如float、double等可以以此类推

注意：这里的*号表示其变量为指针变量，它是与变量名结合，前面的类型是指针变量的类型，它与指针访问地址时的权限大小有关（后面有讲）

3.解引用操作符 *

* 解引用操作符为一个单目操作符，它可以通过地址找到其对应的数据

因为指针变量存储的就是地址，所以指针变量搭配*就可以找到其对应的数据进行操作

如：

我们可以通过解引用操作符修改指针对应的变量数据

4.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，比如在32位平台上指针类型的变量大小都是4个字节，64位平台上为8个字节（以下在32位上演示）

既然指针变量的大小和类型无关，那么指针变量的类型有什么意义呢？

其实，这个意义非常重要：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，这个权限的大小就是指针变量类型的大小

如：我们再次创建一个变量a。（注：程序每次运行时分配的地址不一样）

除了a变量的地址不一样，其他和上面一样为 0a 00 00 00，它表示的是10，并且每两位表示一个字节，而一个字节表示一个内存单元，因此如上的0x0099FC8C其实表示的是储存0a的地址，我们可以一列一列的观察其内存

因为a为整形变量，占4个字节，因此其在内存中为4个连续的内存单元，如上标记的区域，此时如果我们创建一个整形指针变量接收a的地址，那么我们解引用该指针就可以操作这四个字节

如：

注：90 01 00 00 在读取时是以 00000190，也就是190，为16进制

十进制刚好为400

此时变量a可以被正常修改，而如果我们以字符类型的指针接收a的地址后，我们一次只能修改一个字节

如：

16进制28等于十进制40，如上我们貌似也能正常修改整形变量a的数组，但实际上只要我们修改的数值大于两位16进制能表达的最大数字，就不能正常修改a的数值

如：

我们只能改变一个字节，也就是char类型的指针一次只能修改一个字节

这就是指针类型的意义，当然不止如此，指针变量的类型还决定了指针加减整数的时候一次跳过多少字节，下面就会讲到

5.指针 + - 整数

先说结论：指针加减整数，会使指针前进或后退n个字节，而指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）

也就是说，指针类型决定了指针加减1时的步长，比如char*指针，它一次只能跳过一个字节，它加减n也就是向前或向后跳过n*sizeof(char)个字节

比如：

（注：此处int *parr = arr不能写成&arr，下篇指针进阶文章我会讲到）

此处我们就利用了循环来使数组首元素地址依次跳过 i个int类型大小的字节，实现了循环打印数组元素

此处我们有几处需要注意的点：

数组的元素在内存中是连续存放的，并且地址由低到高，不了解的可以参考我主页的数组文章
此处我们发现，如果把 *(arr+i) 换成 arr $i$ 也就是我们之前的写法达到的效果是一样的，这是因为 *(arr+i) 是完全等价于 arr $i$ ，也就是说，当编译器遇到 arr $i$ 时会把它解读为 *(arr+i)，按这样理解，因为 arr+i 等于 i+arr ，也就是可以写成 *(i+arr)，进而可以写成 i $arr$ ，我们可以验证一下
答案是完全可以的，但是平时不建议这样写，因为 i $arr$ 可读性不如 arr $i$ 。总结就是操作符其实也是解引用的效果，只不过多了加法的作用

6.指针 - 指针

对于指针 - 指针这个运算来说，只有两指针指向的是同一块连续的内存区域时才有意义

我们可以通过指针 - 指针来计算数组两元素地址之间有多少个元素

如：

那么为什么是9个而不是10个呢？

我们可以画图来理解：

画图我们就可以很直观的感受到，arr $9$ 的元素没有被计算到，因为如果指针指向的数据大小大于一个字节，那么指针储存的该数据地址为该数据储存在内存中的首地址，参考上文中的 int a 变量的地址观察

三、野指针

1.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）。

野指针成因：

指针未初始化 ：主要是创建在函数中的指针变量没有进行初始化，造成指针指向的地址是随机值，此时指针指向的地址随机，不能对其进行解引用。
指针越界访问 ：这种主要出现在数组中，指针指向的地址超出了数组所在的内存区域，指向了一个不确定的地址
指针指向的空间被释放 ：这种主要发生在指针变量指向的地址是已经被释放的内存空间地址，被释放的空间不属于该程序，虽然可能引用不会导致报错，但是不安全

2.如何规避野指针

野指针的危害有：访问违规、数据损坏、内存泄露、安全风险等。

野指针的危害众多、因此我们的代码中需要规避野指针，那么如何规避野指针呢？

指针变量初始化时如果没有需要赋值的地址就先赋值为NULL
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。
避免返回局部变量的地址，比如避免函数返回局部变量地址

除了以上的方法，还有一个常用的方法：

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"
比如：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 继续运行，否则就会终止运行，并且给出报错信息提示。

程序 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。

如：

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

如下assert()就会失去作用：

如果想再次启用assert()只需要注释掉第一行的宏就行

assert() 的缺点：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，Release 版本中，assert()直接就是自动优化掉了。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。