小代课堂开课了！！！今天学习深入了解指针（1）

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小代课堂开课了！！！今天学习深入了解指针（1）

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1.内存和地址

1.1内存

在讲内存和地址之前，我们想一个生活中的案例： 假设你要去你朋友的小区找你的朋友家中做客，但是你朋友忘记告诉你他家的门牌号，这样你就要一家一家去找，这样效率就很低下，如过这时候你打电话问你的朋友，你朋友告诉了具体的门牌号，这样你就很快精准的找到了他家。 如果我们把上面的例子对照到计算机中，又是怎么样的呢？ 我们知道计算机上的CPU（中央处理器）处理数据时候，需要的数据是从内存中读取的，然后处理完后又放入回内存中，我们日常买电脑时候，会发现电脑上的内存是8GB/16GB/32GB等，那么这些内存空间如何高效的管理呢？ 答案：其实也是把内存化为一个个的内存单元，每个内存单元的大小取1个字节。

每个内存单位都有一个编号，通过这个编号CPU就可以快速找到一个内存空间。生活中我们把门牌号叫地址，在计算机中我们把内存单元的编号叫地址，在C语言中给地址起来新的名字叫指针 计算机中常见的单位（补充）

每个单位内存（一个字节），相当于一个宿舍，一个字节中住了八个比特位，比特位中存取这0或者1。

1.2究竟如何访问内存

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，而因为内存中的字节很多，所以需要给内存进行地址编址。 而计算机的编制，并不是把每个字节的地址记录下来，而是靠硬件设计完成的。就如钢琴 吉他 他们的琴弦上面没有标注各种的音标信息，但是演奏者能够找到正确的位置，这是因为制造商已经设计好了，并且演奏者都知道。本质是悦定出来的共识。

首先，必须理解，计算机内是有很多硬件单元，而硬件单元是要互相协同工作的。所谓的协同，至少相互之间能够进行数据传递。 但是硬件与硬件之间是相互独立的，那么如何通信呢？答案很简单：通过“线”连接起来。 而CPU和内存之间也有大量的数据交换，所以两者也是用线连接起来的。 不过我们只关心一组线 ，地址总线。硬件编址也是如此，简单理解，32位（64位）的机器有32根（64根）地址总线，每根线只有两态，表示1或者0（电脉冲有无），那么一根线可以表示2种含义，2根线就能表示4种含义，依此类推32根线可以表示2^32中含义，每一种含义代表一个地址。 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。

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，我们回到C语言中，在C语言中创建一个变量其实就是向内存申请空间，比如：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include<stdio.h> int main() { int a = 20; //变量创建本质就是向内存申请空间 //向内存申请4个字节空间来存放20这个数值 //这四个字节都有地址 //变量名字只是给程序员看的，编译器不看名字 //编译器是通过地址找到内存单元的 return 0; }`

上述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20，其中每个字节都有地址，上述4个字节地址如图：

那我们如何得到a的地址呢？这里学习一个操作符（&）-取地址操作符。 代码如下：

int main() { int a = 20; &a;//取出a的地址 printf(“%p”, &a);//打印地址用%p return 0; }

这里有的同学会产生疑问，那么取出来的地址是取四个字节的地址吗？ 答案：从上述代码可以看出，&a取出来所占4个字节的中地址较小地址。虽然整型变量占用4个字节，我们知道了第一个字节的地址，顺藤摸瓜访问到4个字节数据也是可以的。

2.2指针变量和解引用操作符（*）

2.2.2指针变量和如何拆解指针类型

当我们拿到一个地址时候，这个地址如何去储存呢，储存后也方便我们以后去使用。 答案：我们把地址放在指针变量中。 比如：

int main() { int a = 20; int* p = &a;//p是一个变量，这个变量p是用来存是地址，p叫做指针变量 return 0; }

拆解指针类型： 1.其中p是指针变量名 2.int *是p变量的类型 3.int 表示是p指向变量a的类型 是int 4. *表示p是指针

2.2.2解引用操作符

我们现在将地址存储起来了，未来我们如何使用呢？ 在C语言中我们只要拿到地址，通过地址就可以找到的这个地址（指针）指向的对象，这里需要学习一个操作符交接叫做解引用操作符（） 观察下面的代码：

这就是解引用的作用，其实 p等于a。 那么到这里同学们会产生疑问，能用a==0；直接改为什么还要用p=0；呢？ 这不是多次一举吗？其实就相当于多了一种方法去修改数值，但是指针修改数值有很大的好处，往后继续学指针，后面大家就可以慢慢体会到了。

2.3指针的大小

前面的内容我们了解到，32位（64位）的机器假设有32（64）根地址总线，每根地址线出来的电信号转化为数字信号后是1或者是0，那么我们把32（64）根地址线产生的二进制序列做为一个地址，那么一个地址就是32（64）个bit位，需要4（8）个字节才能储存。 如果要指针来储存地址，那么指针的大小根据地址的大小来决定的，那么指针的大小就是得4（8）个字节的空间才行。 我们现在编译器上面验证一下：

我们发现在下x86环境下指针变量的大小是4个字节，在x64环境下指针变量的大小是8个字节，除了与环境有关同学们肯定又有疑问，是否与类型有关系，我们继续验证：

我们可以发现指针变量的大小和类型无关，指针变量的大小由地址的大小决定，跟环境有关。

总结： 在32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节 在64为平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节

3指针大小的意义

指针变量的大小和类型无关，只要是指针变量，只要是在同一平台下，大小都是一样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？ 其实指针类型有着重要的特殊意义，我们接着往下学。

3.1指针的解引用

对比下面两段代码：

调试我们利用发下代码1会将a的4个字节都改为0，代码2将a的一个字节改为0. 结论：指针类型决定的，对指针解引用时候访问有多大的权限（一次操作几个字符）。 eg:char指针解引用只能访问1个字节，int指针解引用可以访问4个字节。

3.2指针±整数

先看一段代码，调试观察地址的变化。

我们可以看出char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，这就是指针类型变量的类型带来的差异变化，实际上指针变量±整数跳过的字节如图解释：

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）。（地址走几个字节的大小）

3.3void*指针

在指针类型中有一种特殊的指针类型是void* 类型的，可以理解为无具体类型的指针（或者叫泛型指针），这种类型指针可以接受任意类型的地址（指针）。但是也有局限性void*不能直接进行解引用运算和±整数。 回到编译器测试下；

为什么不能够解引用运算？ 答：因为你不知道要解引用的权限大小是多少，1个字节还是4个字节还是8个字节呢？ 为什么不能够±整数呢？ 答：因为你不知道指针变量前进和后退的大小是多少，1个字节还是4个字节还是8个字节呢？ 但是void可以接受任意类型的地址（指针），如何去理解呢。继续用代码来解释：

我们会发现把int型的变量地址赋值给一个char * 类型的指针。编译器会报警告，因为类型不兼容。而使用void不会出现着这种情况。 void*除了接受任意不同类型地址，到底还有什么用呢？其实在函数参数部分有很大用处，在以后深入指针的篇章中大家会慢慢体会到。

4.const修饰指针

4.1const修饰指针变量

变量是可以被修饰的，如果把一个变量的地址交给指针，通过指针变量可以修改这个变量，但是如果我们希望给变量加上一些限制，不能被限制，这时候就可以用const来限制。

上面图片这段代码，因为b前面加上const所以b变成了变量常量，所以b不能被修改。 如过我们非要修改b的值呢，可不可以呢？怎么办呢？ 答案：可以的，我们可以绕过b，借助b的地址去修改，这样就打破了语法限制。 （用b直接修改就就好比是从大门进去，使用b的地址去修改好比是翻窗进入房间） 我们在编译器里面试一试：

b成功被修改。 补充：const修饰变量后，变量变为变量常量，但本质还是变量，不能当作常量处理。

4.2const修饰指针变量。

在4.1里面我们发现b被const修饰，就是为了b的值不能被修改，如果p拿到了b的地址，就打破了const的限制，这样就不合理了，所以我们要让p拿到n的地址也不能被修改。怎么办呢？ 其实在给指针变量加上const就可以限制。 不过指针变量加const的位置有两类，第一类const加在*前面，第二类const加在 *后面。那么两类又有什么区别呢？

我们由此可以得出结论： (int const * p):其实const修饰的是 * p这个变量所以 *p变成了变量常量所以 解引用不可以使用。 (int * const p):其实const修饰的是 p这个变量所以 p变成了变量常量所以 p不能被修改

5.指针运算

指针有三种运算： 指针±整数； 指针-指针； 指针的大小比较；

5.1指针±整数

指针±整数可以运用到数组里面，因为数组是连续的存放。每个元素和每个元素都相差了sizeof(arr[0]）个字节。

5.2指针-指针

指针-指针的绝对值是指针与指针之间的元素个数 前提：两个指针之间指向同一!块空间。

我们知道strlen是计算一个字符串的长度，那我们如何用指针-指针的方式写出一个自己的strlen呢？ 代码如下

5.3指针的关系运算

因为指针地址本质是二进制数字所以就可以进行比较。

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野指针形成的原因

6.1.1指针未初始化

6.1.2指针越界访问

指针指向的范围超出了数组arr的范围时候，指针p为野指针。

6.1.3指针指向的空间释放

6.2如何规避野指针

6.2.1指针初始化

如果明确知道指针指向的位置直接赋值地址，如果不清楚指向什么位置，可以赋值NULL，NULL是C语言中定义的一个标识常量，值为0，0也是地址，这个地址是无法使用的，读写该地址会报错。

#ifdef _cplusplus #define NULL 0 #else #define NULL((void*)0)

指针初始化如下代码中的pc变量。

6.2.2小心指针越界

一个程序向内存申请空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围，超出了范围就是越界访问

6.2.3指针不再使用时，及时置为NULL，指针使用之前检查有效性

6.2.4避免返回局部变量地址。

如造成野指针的第三个例子，不要返回局部变量地址。

7assert

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，就会报错程序终止。这个宏常常叫断言

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。 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 。 #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 NDEBUG 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 版本不影响⽤⼾使⽤时程序的效率。

8. 指针的使⽤和传址调⽤

8.1 strlen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。 函数原型如下：

1 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。如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历，只要不是 \0 字符，计数器就+1，这样直到 \0 就停⽌。 参考代码如下：

8.2传值调用和传址调用

为什么要学习指针，学习指针能解决什么问题呢？那些问题又是非指针不可解决的呢？ 下面有个典型的代码回答这个问题，同学们可以看一看： eg：写一段代码交换两个变量的数值。

我们发现在上述代码里面，a和b的值没有发生交换，这是为什么呢？ 我们调试一下看看。

调试过后我们可以发现，在main函数中内部，创建了a，b两个变量，两个变量的地址是0x001afd8c和0x001afd80，然后把a和b传参给swap函数，在swap函数中创建了x和y两个变量接受a和b的值，但是x和 y的地址是0x001afca8和0x001afcac，x，y和a，b的地址是不同的，所以x和y是两个独立的空间，那么在swap交换x和y的值就不会影响到a和b的值。当swap函数结束后，回到main函数当中，a和b的值是没有交换的。swap函数在使用的时候，是把变量本身直接传递给函数，这种调用函数的方式我们称之为传值调用

结论：实参传给形参时候，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。 那要怎么样才能成功呢？ 轮到指针登场了，我们把a和b的地址传参过去，通过地址间接的操作a和b的数值交换 代码如下：

这里我们发现交换成功了，让我们调试下看看：

这种方式就叫做传址调用，传址调用，可以让函数和主调函数之间建立真正的练习，在函数内部可以修改主调函数中的变量。 所以未来的函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算，可以使用传值调用。 如果函数内部要修改主调函数中的变量的值，就需要使用传址调用

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。 原始发表：2024-05-31，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除前往查看程序函数内存指针变量

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