【C语言】深入理解指针(一)

指针1

1.内存和地址

1.内存

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

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bit - ⽐特位
Byte - 字节
KB
MB
GB
TB
PB

1Byte = 8bit
1KB = 1024Byte
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB
1PB = 1024TB

⼀个字节空间里面能放8个比特位

内存单元的编号 == 地址 == 指针

编址:CPU和内存之间有⼀组线,叫做地址总线

2.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

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

结论:&a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址。

2.2指针变量和将引用操作符

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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

2.3解引用操作符

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,这里使用的⼀个操作符叫解引用操作符(*)

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#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 100;
    int* pa = &a;
    *pa = 0;
    return 0;
}

上⾯代码中第6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.

2.4指针变量的大小

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。

3.指针变量类型的意义

3.1指针变量类型

结论: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。
指针的类型决定了指针向前或者向后⾛⼀步有多⼤(距离)

3.2void*指针

在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void* 类型的,可以理解为⽆具体类型的指针(或者叫泛型指针),这种类型的指针可以⽤来接受任意类型地址。但是也有局限性, void* 类型的指针不能直接进⾏指针的±整数和解引⽤的运算

⼀般 void* 类型的指针是使⽤在函数参数的部分,⽤来接收不同类型数据的地址,这样的设计可以

实现泛型编程的效果。使得⼀个函数来处理多种类型的数据,

4.const修饰指针

const * p,修饰的是指针指向的内容(限制p),保证指针指向的内容不能改变。但是指针变量本⾝可以改变,可以指向别的变量地址。
• * const p,修饰的是指针变量本⾝(p),p中的地址不能改变,只能是某一个变量的地址,但是
p 所指向的内容可以改,改变值

5.指针运算

指针的基本运算有三种,分别是:

• 指针± 整数

• 指针-指针

• 指针的关系运算

5.1 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

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#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;
}

5.2指针-指针

指针-指针的绝对值是指针和指针之间元素的个数,前提条件是指向同一块空间
一定注意

charp=char s;
char **p=&s;(s为指针)

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//指针-指针 
#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;
}

5

3.指针的关系运算

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//指针的关系运算 
#include <stdio.h>
int main()
{
    int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    int *p = &arr[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;
}

(p<arr+sz) 等价&arr[sz]

6.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)

6.1指针未初始化

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#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;
}

6.2指针越界访问

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#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;
}

6.3指针指向的空间释放

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#include <stdio.h>
int* test()
{
    int n = 100;
    return &n;//函数栈帧使用完销毁
}
int main()
{
    int*p = test();//但p还能找到这块空间
    printf("%d\n", *p);
    return 0;
}

如何避免野指针

1.指针初始化

2.指针变量不再使⽤时,及时置NULL,指针使⽤之前检查有效性

7.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"

8.指针的使用和传值调用

8.1srtlen的模拟实现

库函数strlen的功能是求字符串⻓度,统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。

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size_t strlen ( const char * str );

参数str接收⼀个字符串的起始地址,然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数,最终返回⻓度。

c 复制代码
int my_strlen(const char * str)
{
 	int count = 0;
 	assert(str);
	 while(*str)
	{
	 	count++;
 		str++;
 	}
	return count;
}
int main()
{
 	int len = my_strlen("abcdef");
	 printf("%d\n", len);
	return 0;
}
注:为了编译器不警告,int=size_t  这是返回值类型

8.2传值调用和传址调用

传值调用 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


传址调⽤传址调⽤,可以让函数和主调函数之间建⽴真正的联系,在函数内部可以修改主调函数中的变量;所以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算,就可以采⽤传值调⽤。如果函数内部要修改主调函数中的变量的值,就需要传址调⽤

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#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;
}
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