1.指针的理解
在讲指针之前,我们来举一个例子。
在我们的日常生活中,假如说你的朋友在酒店里,你想去找他,那么我们则需要他的具体位置,比如说楼层,房间号等等。我们可以把房间号看作地址,在计算机中,我们把内存单元的编号也成为地址,在c语言中把地址起了一个新的名字,称为指针 。
所以我们可以粗略的理解为内存单元的编号 == 地址 == 指针。
2.指针变量和地址
2.1地址
在c语言中创建变量实际上就是在内存中申请存放变量的空间,比如我们来演示一下:
我们可以先进行调试,点击内存来查看地址。
我们可以看到上述代码:我们创建了一个整型变量a,并向内存中申请了4个字节的空间用于存放整数10,我们如果想要得到a的地址,那么也是比较简单的,只需要&a就可以了。
2.2指针变量和解引用操作符
我们通过取地址操作符:&,取出来的地址也为一个数值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:存在指针变量中 。
例如:
c
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int* p = &a;//把a的地址取出存放在指针变量中
return 0;
}
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。
2.2.1如何拆解指针类型
我们可以看到p的类型为int*,*是在说明p为指针变量,而前面的int指的是指针类型为整型。
假如说有一个char类型的变量,那么这个地址只需要存放在char**类型的指针变量中即可。
c
int main()
{
char ch = 'w';
char* p = &ch;
return 0;
}
2.2.2解引用操作符(*)
我们将地址保存起来,未来是要使用的,那怎么使同呢?
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(*)。
我们来举一个简单的例子:
c
int main()
{
int a = 10;
int* p = &a;
*p = 0;
printf("%d\n",*p );
return 0;
}
上述代码就使用了解引用操作符,*p的意思就是通过p中存放的地址,找到指向的空间,*p其实就代表了变量a,即,*p=0这个操作实际上就是把a的值改为了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。
可以看到,a的值成功的被修改为了0。
2.3指针变量的大小
我们来做一个实验,分别在32位平台和在64位平台下计算指针变量的大小:
c
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(int*));
printf("%zd\n", sizeof(char*));
printf("%zd\n", sizeof(short*));
printf("%zd\n", sizeof(double*));
return 0;
}

我们可以看到,64位平台下地址是64个bit位,指针变量大小是8个字节
我们再来看看在32位平台下的大小:
32位平台下地址是32个bit位,指针变量大小是4个字节 。
通过以上内容,我们可以得知一个结论:
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指针的解引用
对比下⾯2段代码,主要在调试时观察内存的变化。
代码1:
c
int main()
{
int n = 0x11223344;
int* p = &n;
*p = 0;
return 0;
}

我们进行下一步调试:
可以发现n的4个字节都为0;接下来我们来看代码2:
c
int main()
{
int n = 0x11223344;
char *p = (char*) & n;
*p = 0;
return 0;
}

我们可以看到对于char*来说,只将n的第一个字节改为了0,其余不变,由此,我们可以得到一下结论:
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。
3.2指针±整数
我们可以先来观察一段代码:
c
int main()
{
int n = 10;
int* pa = &n;
char* pb = (char*)&n;
printf("%p\n", &n);
printf("%p\n", pa);
printf("%p\n", pb);
printf("%p\n", (pa+1));
printf("%p\n", (pb+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。指针+1,其实跳过1个指针指向的元素。指针可以+1,那也可以-1。
结论:指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大(距离)。
3.3 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。
比如:
c
int main()
{
int n = 0;
int* pa = &n;
char* pb = &n;
return 0;
}

我们可以看到,若把一个int类型的变量的地址赋给char则会报警告,原因自然是从int转化位char,类型不兼容。而我们使用void则不会出现这种情况。
c
int main()
{
int n = 0;
int* pa = &n;
void* pb = &n;
return 0;
}

可以看到,编译器并没有发生警告。
使用void*类型的指针接收地址:
c
int main()
{
int n = 0;
int* pa = &n;
void* pb = &n;
*pa = 10;
*pb = 20;
return 0;
}

我们这里就运行失败了,原因是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 到底有什么作用呢?
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。使得一个函数来处理多种类型的数据。
4.const修饰指针
4.1 const修饰变量
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。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。
如下:
c
int main()
{
int n = 20;
n = 100;
const int m = 100;
m = 20;
return 0;
}

我们可以发现,这里会直接报错,原因则是我们用const修饰玩变量m之后,它就成为了一个常变量,m的值只要被修改,那么就会报错。
但是如果我们绕过m,使用m的地址,去修改m就能做到了,虽然这样做是在打破语法规则。
如下:
c
int main()
{
int n = 20;
n = 100;
const int m = 100;
int* p = &m;
*p = 20;
printf("%d\n", *p);
return 0;
}

我们可以发现,通过这种方法,即使m已经用const修饰,可仍然使用指针的方式去修改m的值且不会报错。
但是我们还是要思考⼀下,为什么m要被const修饰呢?就是为了不能被修改,如果p拿到m的地址就能修改m,这样就打破了const的限制,这是不合理的,所以应该让p拿到m的地址也不能修改m,那接下来怎么做呢?
4.2 const修饰指针变量
⼀般来讲const修饰指针变量,可以放在*的左边,也可以放在*的右边,意义是不⼀样的。我们会出现如下情况:
c
1.int*p//无const修饰
2.int const *p //const放在*左边
3.int * const p//const放在*右边
我们看下面代码,来分析具体分析一下:
1.无const情况:
c
int main()
{
int n = 10;
int a = 100;
int* p = &n;
*p = 20;
printf("%d\n", *p);
p = &a;
printf("%d\n", *p);
return 0;
}

可以看到,在无const修饰的情况,*p的值可以发生改变,p的地址指向空间可以发生改变。
下面来看一下*在const左面时的情况:
c
int main()
{
int n = 10;
int a = 100;
int* const p = &n;
*p = 20;
printf("%d\n", *p);
p = &a;
printf("%d\n", *p);
return 0;
}

我们可以发现,当const修饰p时,那么p就不能发生改变,在这里,就是因为我们想要让p指向a的地址,所以就报错了,那么我们再来看看*在const右面时的情形:
c
int main()
{
int n = 10;
int a = 100;
int const *p = &n;
*p = 20;
printf("%d\n", *p);
p = &a;
printf("%d\n", *p);
return 0;
}

那么很明显,结果也是报错了,原因为当const修饰*p时,*p的值就不能发生变化了,而我们让*p=20,所以报错了。
结论:const修饰指针变量的时候。 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。