零基础学好C语言系列第八讲：初识指针

xwlcfyb2025-02-28 9:55

目录

  • 本章目标
  • 1.内存和地址
  • 2.指针变量
    • [2.1 取地址操作符](#2.1 取地址操作符)
    • [2.2 指针变量和解引用操作符](#2.2 指针变量和解引用操作符)
      • [2.2.1 指针变量](#2.2.1 指针变量)
      • [2.2.2 如何拆解指针类型](#2.2.2 如何拆解指针类型)
      • [2.2.3 解引用操作符](#2.2.3 解引用操作符)
    • [2.3 指针变量的大小](#2.3 指针变量的大小)
  • 3.指针变量类型的意义
    • [3.1 指针的解引用](#3.1 指针的解引用)
    • [3.2 指针+-整数](#3.2 指针+-整数)
    • [3.3 void*指针](#3.3 void*指针)
  • 4指针运算
    • [4.1 指针+-整数](#4.1 指针+-整数)
    • [4.2 指针-指针](#4.2 指针-指针)
    • [4.3 指针的关系运算](#4.3 指针的关系运算)
  • 5.结语

本章目标

本章简单介绍一下指针的相关概念，重点是指针变量和解引用。有些知识有些不是很好理解，建议看两遍，而且需要实际操作的，只理解是不够的，重要的是要使用知识去敲代码。欲戴王冠，必承其重，不要忘了还有很多人和你一样在努力，我们一起加油吧。

1.内存和地址

在学习内存和地址之前，先来看个生活案例：

假设有一栋楼，你在里面的某一个房间里，楼上有500个房间，但是房间没有编号，这时有一个朋友来找你玩，要想找到你（你不知道朋友来找你），就要一个挨一个房间去寻找，这样效率很低，但是如果我们根据楼层和房间的情况，把每个房间都编上号，这样你的朋友就可以快速地找到你。

对照到计算机中，又是怎么样的呢？

我们知道计算机CPU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，那么电脑上的内存是如何有效的管理的呢？

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。每个内存单元相当于一个学生宿舍，一个字节空间里能放8个比特位，就好比同学们住的8人间，每个人都是一个比特位。

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语言中给地址取了个新名字：指针。

2.指针变量

2.1 取地址操作符

了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。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 10;

	return 0;
}

上面的代码中，创建了整型变量num，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。

内存窗口调用：先开启调试（f10或fn+f10），再点击最上方的调试，选择窗口，点击内存，随便点一个窗口。

4个字节各自的地址：

c 复制代码 
0x00000094C0DEFA24 
0x00000094C0DEFA25 
0x00000094C0DEFA26 
0x00000094C0DEFA27

那我们如何得到num的地址呢？

这里我们就要学习一个操作符：取地址操作符（&）。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 10;
	printf("%p\n", &num);//%p是专门用来打印地址的

	return 0;
}

上面的代码，打印出来的是0x00000094C0DEFA24 。&num取出的是num所占4个字节中地址最小的字节的地址，整型变量占用4个字节，我们只要知道了第1个字节地址，就能找到这4个字节的地址。

2.2 指针变量和解引用操作符

2.2.1 指针变量

我们通过取地址操作符拿到的地址是一个数值，这个数值有时候也是需要存储起来的，方便后期使用的，那我们把这样的地址值存放在哪里呢？答案是存放在指针变量里。因为取地址时取出的是第1个字节的地址，存放在指针变量中的也是第1个字节的地址。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 10;
	int* pa = &num;//取出num的地址存储在指针变量pa中

	return 0;
}

指针变量也是一种变量，这种变量就是专门用来存放地址的，存放在指针变量的值都会被理解为地址。

2.2.2 如何拆解指针类型

我们看到pa的指针类型是int*，我们该如何理解指针的类型的呢？

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 10;
	int* pa = &num;

	return 0;
}

上面的代码中，pa的左边写的是int*，*说明pa为指针变量，而前面的int是说明pa指向的是整型类型的对象。

那如果有一个char类型的变量ch，ch的地址，要放到什么类型的指针变量中呢？

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	char ch = 'w';
	char* pc = &ch;
	printf("%p\n", pc);

	return 0;
}

2.2.3 解引用操作符

我们将地址保留下来，未来是要使用的，那怎么使用呢？

在C语言中，我们只要拿到了地址，就可以通过地址找到地址指向的对象，这里必须学习一个操作符叫解引用操作符（*）。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 100;
	int* pa = &num;
	*pa = 0;

	return 0;
}

上面的代码中，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num变量了，所以*pa=0就是把num改为了0。这里肯定就有同学在想，如果把num改为0的话，写成num=0就行了，为什么非要使用指针呢？其实也就是多了一条途径，写代码就会变得更加灵活。

2.3 指针变量的大小

前面我们了解到，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为数字信号后是1或0，我们把32根地址线产生的2进制序列当成一个地址，那一个地址就是32个比特位，需要4个字节才能储存。

如果指针变量是用来存放地址的，那么指针变量的大小就要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2进制位组成的2进制序列，存储起来就需要8个字节的空间，指针变量的大小就是8个字节。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(int*));
	printf("%zd\n", sizeof(short*));
	printf("%zd\n", sizeof(char*));
	printf("%zd\n", sizeof(double *));

	return 0;
}


结论：

  • 32位平台下地址是32个比特位，指针变量大小是4个字节。
  • 64位平台下地址是64个比特位，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

指针变量的大小和类型是无关的，只要是指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的。那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别的意义的，接下来我们继续学习。

3.1 指针的解引用

下面的两段代码，主要在调试时观察内存的变化。

代码展示：

代码1：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 0x11223344;
	int* pa = &num;
	*pa = 0;

	return 0;
}


代码2：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 0x11223344;
	char* pa = &num;
	*pa = 0;

	return 0;
}


上面的图片中，代码1会将num的4个字节全部改为0，但是代码2只是将num的第一个字节改为0。

结论：指针的类型决定了，对指针解引用时有多大的权限，一次能操作几个字节。

3.2 指针±整数

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 10;
	char* pa = (char*)&num;
	int* pi = &num;

	printf("%p\n", &num);
	printf("%p\n", pa);
	printf("%p\n", pa+1);
	printf("%p\n", pi);
	printf("%p\n", pi+1);

	return 0;
}

我们可以看出来，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。

结论：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步的距离。

3.3 void*指针

在指针类型中有一种特殊的类型是void*类型的，可以理解为无类型的指针，这种类型的指针可以用来接受任意类型的地址，但也有局限性，void*类型的指针不能直接进行解引用和指针±整数的运算。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 10;
	int* pa = &num;
	char* pi = &num;

	return 0;
}

上面的代码中，将一个int类型的变流量的地址赋值给一个char* 类型的指针变量。编译器给出了一个警告，因为类型不兼容。而使用void*类型就不会有这样的问题。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int num = 10;
	void* pa = &num;
	void* pi = &num;

	*pa = 5;
	*pi = 0;

	return 0;
}

这里我们看可以看出，void*类型的指针可以接收不同类型的地址，但是无法直接进行指针运算。

那么void*类型的指针到底有什么用呢？

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。

4指针运算

指针的基本运算有3种，分别是：

  • 指针±整数
  • 指针-指针
  • 指针的关系运算

4.1 指针±整数

数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，就能找到后面的所有元素。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int math[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* pa = &math[0];
	int i = 0;
	int sz = sizeof(math) / sizeof(math[0]);
	for (i = 0;i < sz;i++)
	{
		printf("%d ", *(pa + i));

	}

	return 0;
}

例子：依次打印1~10的数字。

上面是一种方法，还有几种其他方法。

代码展示：

方法1：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int math[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int i = 0;
	int sz = sizeof(math) / sizeof(math[0]);//10
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", math[i]);
	}

	return 0;
}

方法2：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int math[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int num;
	int sz = sizeof(math) / sizeof(math[0]);
	int* n = &math[0];
	for (num = 0;num < sz;num++)
	{
		printf("%d ", *n);
		n++;

	}
	return 0;
}

4.2 指针-指针

注意：

  • 指针-指针的前提是两个指针指向同一块空间。
  • 指针-指针得到的是两个指针之间的元素个数。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int math[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	printf("%d\n", &math[9] - &math[0]);

	return 0;
}

例子：使用自定义函数实现库函数strlen的效果。

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

size_t my_strlen(char* p)
{
	size_t count = 0;
	while (*p != '\0')
	{
		count++;
		p++;
	}
	return count;
}

int main()
{
	char math[] = "abcdef";
	size_t len = my_strlen(math);//函数统计的是数组\0之前的字符个数
	printf(" % zd\n", len);
	return 0;
}

上面的代码还是使用的是指针±整数，那如何运用指针-指针实现呢？

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

size_t my_strlen(char* p)
{
	char* q = p;
	while (*q != '\0')
	{
		q++;
	}
	return q - p;
}

int main()
{
	char math[] = "abcdef";
	size_t len = my_strlen(math);//函数统计的是数组\0之前的字符个数
	printf("%zd\n", len);
	return 0;
}

上面的代码原理是创建一个另一个指针变量（q），通过++定位到\0的位置，原来的指针§定位在第一个字符处，两个指针相减就是\0之前的字符个数。

4.3 指针的关系运算

代码展示：

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main()
{
	int math[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int sz = sizeof(math) / sizeof(math[0]);
	int* p = &math[0];
	while (p < &math[sz])
	{
		printf("%d ", *p);
		p++;
	}
	return 0;
}

上面的代码，指针变量（p）定位在math数组第一个元素的地址处，&math[sz]为math数组最后一个元素的地址，当指针变量（p）小于最后一个元素地址，就打印，然后指针变量（p）向后移动一位，直到来到最后一个元素的地址处，停止打印。

5.结语

OK，今天的介绍就到这里，本章总体上感觉还是比较简单的，当然这是总体来说，有些概念可能有点难度，但相信你一定能行，希望大家都能有所收获。本人知识浅薄，如有错误，请大家指出，下一章介绍深入理解指针。

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