09.【C语言学习笔记】指针（一）
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1. 内存和地址
1.1 内存
1.2 究竟该如何理解编址
2. 指针变量和地址
2.1 取地址操作符（&）
2.2 指针变量和解引用操作符（*）
2.2.1 指针变量
2.2.2 如何拆解指针类型
2.2.3 解引用操作符 *
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
3.2 指针+-整数
3.3 void* 指针
4. const修饰变量和指针变量
4.1 const修饰变量
4.2 const修饰指针变量（const在*前和后的区别）
5. 指针运算（指针+-整数、指针-指针、指针）
6. 野指针
6.1 野指针成因
6.2 如何规避野指针
7. assert断言（可以#define NDEBUG直接取消断言）
8. 指针的使用和传址调用
8.1 strlen的模拟实现
8.2 传值调用和传址调用
1. 内存和地址
1.1 内存
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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 | 其中，每个内存单元，相当于一个学生宿舍，一个人字节空间里面能放8个比特位，就好比同学们住的八人间，每个人是一个比特位。 每个内存单元也都有一个编号（这个编号就相当于宿舍房间的门牌号），有了这个内存单元的编号，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语言中给地址起了新的名字叫：指针。 指针变量 - 存放地址的变量 （指针变量需要空间来存放） |
1.2 究竟该如何理解编址
 | 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，而因为内存中字节很多，所以需要给内存进行编址(就如同宿舍很多，需要给宿舍编号一样)。 计算机中的编址，并不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计完成的。钢琴、吉他 上面没有写上“都瑞咪发嗦啦”这样的信息，但演奏者照样能够准确找到每一个琴弦的每一个位置，这是为何？因为制造商已经在乐器硬件层面上设计好了，并且所有的演奏者都知道。本质是一种约定出来的共识！硬件编址也是如此。 首先，必须理解，计算机内是有很多的硬件单元，而硬件单元是要互相协同工作的。所谓的协同，至少相互之间要能够进行数据传递。但是硬件与硬件之间是互相独立的，那么如何通信呢？答案很简单，用"线"连起来。而CPU和内存之间也是有大量的数据交互的，所以，两者必须也用线连起来。不过，我们今天关心一组线，叫做地址总线。 我们可以简单理解，32位机器有32根地址总线，每根线只有两态，表示0,1【电脉冲有无】，那么一根线，就能表示2种含义，2根线就能表示4种含义，依次类推。32根地址线，就能表示2^32种含义，每一种含义都代表一个地址。 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（&）
在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间，比如：
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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：
0x006FFD70
0x006FFD71
0x006FFD72
0x006FFD73(&)-取地址操作符
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按照我画图的例子，会打印处理：006FFD70 &a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址。 |  |
虽然整型变量占用4个字节，我们只要知道了第一个字节地址，顺藤摸瓜访问到4个字节的数据也是可行的。
2.2 指针变量和解引用操作符（*）
2.2.1 指针变量
那我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是一个数值，比如：0x006FFD70，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：指针变量中。比如：
#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int* pa = &a;//取出a的地址并存储到指针变量pa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。
2.2.2 如何拆解指针类型
我们看到pa的类型是int* ，我们该如何理解指针的类型呢？
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。
2.2.3 解引用操作符 *
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(*)。
#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。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。
2.3 指针变量的大小
前面的内容我们了解到，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成数字信号后是1或者0，那我们把32根地址线产生的2进制序列当做一个地址，那么一个地址就是32个bit位，需要4个字节才能存储。如果指针变量是用来存放地址的，那么指针变量的大小就得是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个二进制位组成的二进制序列，存储起来就需要8个字节的空间，指针变的大小就是8个字节。
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
指针变量的大小和类型无关，只要是指针变量，在同一个平台下，大小都是一样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？其实指针类型是有特殊意义的，我们接下来继续学习。
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。
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调试我们可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0，但是代码2只是将n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
先看一段代码，调试观察地址的变化。
#include <stdio.h>
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);printf("%p\n", pi);printf("%p\n", pi + 1);return 0;
}代码运行的结果如下：
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。
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* 类型的指针只能存放地址，不能直接进行 指针的+-整数 和 解引用的运算。
举例：
| 使用不同类型指针接收地址 | 使用void*类型的指针接收地址： |
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| 在上面的代码中，将一个int类型的变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（如下图），是因为类型不兼容。而使用void*类型就不会有这样的问题。 | VS编译代码的结果： |
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这里我们可以看到， 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。使得一个函数来处理多种类型的数据，在《深入理解指针(4)》中我们会讲解。
4. const修饰变量和指针变量
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。
#include <stdio.h>
int main()
{int m = 0;m = 20;//m是可以修改的const int n = 0;// n = 20; //n是不能被修改的printf("n = %d\n", n);int* p = &n;*p = 20; // 但是通过*p可以修改nprintf("n = %d\n", n);return 0;
}上述代码中n是不能被修改的，其实n本质是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对n就行修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。但是如果我们绕过n，使用n的地址，去修改n就能做到了，虽然这样做是在打破语法规则。
为什么n要被const修饰呢？就是为了不能被修改，如果p拿到n的地址就能修改n，这样就打破了const的限制，这是不合理的，所以应该让p拿到n的地址也不能修改n，那接下来怎么做呢？
4.2 const修饰指针变量（const在*前和后的区别）
我们看下面代码，来分析
#include <stdio.h>
// 代码1
void test1()
{int n = 10;int m = 20;int* p = &n;*p = 20; //okp = &m; //ok
}// 代码2
void test2()
{int n = 10;int m = 20;const int* p = &n;// int const * p = &n; //和以上两种写法功能一样*p = 20; //errp = &m; //ok?
}// 代码3
void test3()
{int n = 10;int m = 20;int* const p = &n;*p = 20; //okp = &m; //err
}// 代码4
void test4()
{int n = 10;int m = 20;int const * const p = &n;*p = 20; //errp = &m; //err
}
int main()
{//测试无const修饰的情况test1();//测试const放在*的左边情况test2();//测试const放在*的右边情况test3();//测试*的左右两边都有consttest4();return 0;
}结论：const修饰指针变量的时候
• 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。(例：int const* p，是*p不能改变)
• 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。(例：int *const p，是p不能改变)
即const后面是谁（ *p 或 p ），谁就不能改变！！
5. 指针运算（指针+-整数、指针-指针、指针）
指针的基本运算有三种，分别是：
• 指针 +- 整数（一般在数组中使用）
• 指针 - 指针（一般在数组中使用）
• 指针的关系运算（例如：比较大小；一般在数组中使用）
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 野指针成因
1. 指针未初始化
2. 指针越界访问（数组）
3. 指针指向的空间释放
6.2 如何规避野指针
1. 指针初始化
如果明确知道指针指向哪里就直接赋值地址，如果不知道指针应该指向哪里，可以给指针赋值NULL。NULL 是C语言中定义的一个标识符常量，值是0，0也是地址，这个地址是无法使用的，读写该地址会报错。
2. 小心指针越界
3. 指针变量不再使用时，及时置NULL，指针使用之前检查有效性
4. 避免返回局部变量的地址
7. assert断言（可以#define NDEBUG直接取消断言）
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”。
#include<assert.h>
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 NDBUG 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 版本不影响用户使用时程序的效率。
8. 指针的使用和传址调用
8.1 strlen的模拟实现
库函数strlen的功能是求字符串长度，统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。
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;
}8.2 传值调用和传址调用
传值调用 结论：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参。
传址调用 结论：将变量的地址传递给了函数。
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。