抽丝剥茧C语言（中阶）指针+练习

有礼貌的灰绅士

发布于 2023-03-28 15:48:01

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发布于 2023-03-28 15:48:01

文章被收录于专栏：C++与Linux的学习之路

初阶指针

导语

这是C语言最初级的指针，让你对指针有一个了解和初步的运用，并不是C语言的所有指针内容！本章我们用32位平台做示范。

1. 指针是什么

指针是什么？指针理解的2个要点：

指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址
平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量。

总结：指针就是地址，口语中说的指针通常指的是指针变量。那我们就可以这样理解：

指针变量我们可以通过&（取地址操作符）取出变量的内存其实地址，把地址可以存放到一个变量中，这个变量就是指针变量。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;//在内存中开辟一块空间
	int* p = &a;//这里我们对变量a，取出它的地址，可以使用&操作符。
	//a变量占用4个字节的空间，这里是将a的4个字节的第一个字节的地址存放在p变量中，p就是一个之指针变量。
	printf("%p\n", &a);//%p是打印地址
	printf("%p\n", p);
	return 0;
}

我们来看一下输出结果：

地址是相同的，也就验证了我们上面说的指针等于地址。总结：指针变量，用来存放地址的变量。（存放在指针中的值都被当成地址处理）。那这里的问题是：

一个小的单元到底是多大？（1个字节）
如何编址？

经过仔细的计算和权衡我们发现一个字节给一个对应的地址是比较合适的。对于32位的机器，假设有32根地址线，那么假设每根地址线在寻址的时候产生高电平（高电压）和低电平（低电压）就是（1或者0）；那么32根地址线产生的地址就会是：

00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 … 11111111 11111111 11111111 11111111

这里就有2的32次方个地址。每个地址标识一个字节，那我们就可以给（2^32Byte == 2^32/1024KB == 232/1024/1024MB==232/1024/1024/1024GB == 4GB） 4G的空闲进行编址。同样的方法，那64位机器，如果给64根地址线，那能编址多大空间，自己计算。这里我们就明白：

在32位的机器上，地址是32个0或者1组成二进制序列，那地址就得用4个字节的空间来存储，所以一个指针变量的大小就应该是4个字节。
那如果在64位机器上，如果有64个地址线，那一个指针变量的大小是8个字节，才能存放一个地址。

总结：

指针是用来存放地址的，地址是唯一标示一块地址空间的。
指针的大小在32位平台是4个字节，在64位平台是8个字节。

2. 指针和指针类型

这里我们在讨论一下：指针的类型 我们都知道，变量有不同的类型，整形，浮点型等。那指针有没有类型呢？准确的说：有的。当有这样的代码：

int num = 10; 
p = &num;

要将&num（num的地址）保存到p中，我们知道p就是一个指针变量，那它的类型是怎样的呢？我们给指针变量相应的类型。

char  *pc = NULL;//NULL是空指针，往下看会说到
int   *pi = NULL;
short *ps = NULL;
long  *pl = NULL;
float *pf = NULL;
double *pd = NULL;

这里可以看到，指针的定义方式是： type + * 。其实： char* 类型的指针是为了存放 char 类型变量的地址。 short* 类型的指针是为了存放 short 类型变量的地址。 int* 类型的指针是为了存放 int 类型变量的地址。那指针类型的意义是什么？

2.1 指针±整数

参考代码如下：

#include <stdio.h>
//演示实例
int main()
{
	int n = 10;
	char* pc = (char*)&n;
	int* pi = &n;

	printf("%p\n", &n);
	printf("%p\n", pc);
	printf("%p\n", pc + 1);//指针向后走1个字节
	printf("%p\n", pi);
	printf("%p\n", pi + 1);//指针向后走4个字节
	return 0;
}

代码运行结果是：

前两个打印的都是n的地址，相同是因为都储存的是首地址，比如说int类型又4个字节，一个内存单元只能存一个地址，所以只能存首地址。正常来讲，n的地址应该放进int类型的指针，不过也可以强制类型转换之后放入char类型的指针内，我们打印char类型和int类型发现地址是一样的，这是因为，n是整形，一共是四个字节，也就是说需要4个内存单元才能存进去，当然是相连的地址：

这是n地址的内容，我们发现距离下一个地址正好是4个字节，如果char类型的指针变量往后走一步，我们看到实际上也只是走了一个字节，而int类型的指针变量往后走一步就是4个字节。 总结：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

2.2 指针的解引用

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* pc = (char*)&n;
	int* pi = &n;
	*pc = 0; //重点
	*pi = 0; //重点
	return 0;
}

我们来看看这两个重点是怎么运行的：打开调试，n的内容如下

我们把n的地址储存进pc，pi

然后看看解引用pc之后的结果：

也就是说解引用等于打开地址，然后访问地址中存储的值。 pc是char类型的，解引用之后值访问了一个字节，把一个字节的值变成了，至于为什么是倒着储存，我以后会说。最后就是解引用pi：

最后一次把这四个字节的值都换成了0。 总结： 指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（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. 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）

3.1 野指针成因

1. 指针未初始化

#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;
}

如果我们运行，发现编译器就会报错，之前函数栈帧与创建那一篇说这里初始化的是0xcccccccc这样的数值，也就是说这个指针没有明确的指向。 2. 指针越界访问

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* p = arr;
	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;
}

如果数组越界，指向的位置也是不合法的，数组之外就是随机值。 3. 指针指向的空间释放 这里暂时不说，后面会讲。

3.2 如何规避野指针

指针初始化
小心指针越界
指针指向空间释放即使置NULL
避免返回局部变量的地址
指针使用之前检查有效性

第三个是我们上面用到的NULL（英文的意思是无效的）参考代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int* p = NULL;//初始化位空指针
	int a = 10;
	p = &a;//把a的地址存入p中
	if (p != NULL)//这样就能判断指针变量是否是一个有效的了
	{
		*p = 20;
	}
	return 0;
}

如果你想直接给p赋值是不行的，因为空指针本质是零地址。当然，初始化成空指针只是一重保险，当你不知道给指针变量赋予什么地址时，那就赋值一个空指针吧。

4. 指针运算

指针± 整数
指针-指针
指针的关系运算

4.1 指针±整数

#define N_VALUES 5
float values[N_VALUES];
float *vp;
//指针+-整数；指针的关系运算
for (vp = &values[0]; vp < &values[N_VALUES];)
{
     *vp++ = 0; 
}

因为都是浮点型，所以移动都是4个字节。因为是先解引用后++，就像这样：

4.2 指针-指针

#include <stdio.h>
int my_strlen(char* s)
{
    char* p = s;
    while (*p != '\0')
        p++;
    return p - s;
}
int main()
{
    char arr[10] = "asdasd";
    int a = my_strlen(arr);
    printf("%d", a);
    return 0;
}

我们模拟实现了strlen这个函数，这个代码也就说明指针减去指针等于中间元素的数量。

4.3 指针的关系运算

for(vp = &values[N_VALUES]; vp > &values[0];)
{
    *--vp = 0; 
}

这个代码和上面的+代码一个原理。当然有一种 ‘ 简化 ‘ ：

for(vp = &values[N_VALUES-1]; vp >= &values[0];vp--) 
{
    *vp = 0; 
}

我们发现，vp会到下标为0的前一个地方停止。实际在绝大部分的编译器上是可以顺利完成任务的，然而我们还是应该避免这样写，因为标准并不保证它可行。 标准规定： 允许指向数组元素的指针与指向数组最后一个元素后面的那个内存位置的指针比较，但是不允许与指向第一个元素之前的那个内存位置的指针进行比较。

5. 指针和数组

这个就很简单了，我们也经常用，很容易理解。我们看一个例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
 	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
    printf("%p\n", arr);
    printf("%p\n", &arr[0]);
    return 0; 
}

代码运行结果：

可见数组名和数组首元素的地址是一样的。结论：数组名表示的是数组首元素的地址。（2种情况除外，sizeof，和&）那么这样写代码是可行的：

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
int *p = arr;//p存放的是数组首元素的地址

既然可以把数组名当成地址存放到一个指针中，我们使用指针来访问一个数组就可能成功。例如：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int i;
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	int* p = arr; //指针存放数组首元素的地址
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("&arr[%d] = %p   <====> p+%d = %p\n", i, &arr[i], i, p + i);
	}
	return 0;
}

运行结果：

所以 p+i 其实计算的是数组 arr 下标为i的地址。那我们就可以直接通过指针来访问数组。如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
	int* p = arr; //指针存放数组首元素的地址
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}

代码的运行结果：

6. 二级指针

指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪里？ 这就是二级指针。

对于二级指针的运算有：

*ppa 通过对ppa中的地址进行解引用，这样找到的是 pa ， *ppa 其实访问的就是 pa .

int b = 20; *ppa = &b;//等价于 pa = &b;

**ppa 先通过 *ppa 找到 pa ,然后对 pa 进行解引用操作： *pa ，那找到的是 a .

**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;

其实指针和套娃没啥区别QAQ。

7. 指针数组

指针数组是指针还是数组？答案：是数组。是存放指针的数组。数组我们已经知道整形数组，字符数组。

int arr1[5];
char arr2[6];

那么我们想储存指针的数组又该如何定义和使用呢？

int* arr3[5];//是什么？

arr3是一个数组，有五个元素，每个元素是一个整形指针。

其实我们可以通过指针数组模仿一个二维数组：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a[5] = { 1,2,3,4,5 };
	int b[5] = { 2,2,3,4,5 };
	int c[5] = { 3,2,3,4,5 };
	int d[5] = { 4,2,3,4,5 };
	int e[5] = { 5,2,3,4,5 };
	int* arr[5] = { &a,&b,&c,&d,&e };
	int i, j;
	for (i = 0; i < 5; i++)
	{
		for (j = 0; j < 5; j++)
		{
			printf("%d ", arr[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
	return 0;
}

代码运行结果：