C语言-指针
C语言-指针
1. 准备知识
1.1 内存地址
- 字节：字节是内存的容量单位，英文称为 byte，一个字节有8位，即 1byte = 8bits
- 地址：系统为了便于区分每一个字节而对它们逐一进行的编号，称为内存地址，简称地址。
1.2 基地址
- 单字节数据：对于单字节数据而言，其地址就是其字节编号。
- 多字节数据：对于多字节数据而言，期地址是其所有字节中编号最小的那个，称为基地址。
1.3 取址符
- 每个变量都是一块内存，都可以通过取址符 & 获取其地址
- 例如：
int a = 100;
printf("整型变量 a 的地址是: %p\n", &a);
char c = 'x';
printf("字符变量 c 的地址是: %p\n", &c);
double f = 3.14;
printf("浮点变量 f 的地址是: %p\n", &f);
- 注意：
- 虽然不同的变量的尺寸是不同的，但是他们的地址的尺寸确实一样的。
- 不同的地址虽然形式上看起来是一样的，但由于他们代表的内存尺寸和类型都不同，因此它们在逻辑上是严格区分的。
2. 指针入门
2.1 指针的概念
由于翻译的问题，以及口语表达的习惯，在日常表述中，指针在不同的场合会代表以下几个含义：
- 指地址
- 比如变量
a的地址&a，这是一个地址当然也是一个指针 - 我们可以说指针 &a 指向变量 a。
- 比如变量
- 指指针变量
- 比如
int *p;此处变量p是指针变量，又常被简称指针。
- 比如
2.2 指针的定义
int *p1; // 用于存储 int 型数据的地址，p1 被称为 int 型指针，或称整型指针
char *p2; // 用于存储 char 型数据的地址，p2 被称为 char 型指针，或称字符指针
double *p3; // 用于存储double型数据的地址，p3 被称为 double 型指针
2.3 指针的赋值
赋给指针的地址，类型需跟指针的类型相匹配。
int a = 100;
p1 = &a; // 将一个整型地址，赋值给整型指针p1
char c = 'x';
p2 = &c; // 将一个字符地址，赋值给字符指针p2
double f = 3.14;
p3 = &f; // 将一个浮点地址，赋值给浮点指针p3
2.4 指针的索引
所谓索引，指的是通过指针，取得其指向的目标
*p1 = 200; // 将 p1 指向的目标（即a）修改为200，等价于 a = 200;
*p2 = 'y'; // 将 p2 指向的目标（即c）修改为'y'，等价于 c = 'y';
*p3 = 6.6; // 将 p3 指向的目标（即f）修改为6.6，等价于 f = 6.6;
- 指针的尺寸
- 指针尺寸指的是指针所占内存的字节数
- 指针所占内存，取决于地址的长度，而地址的长度则取决于系统寻址范围，即字长
- 结论：指针尺寸只跟系统的字长有关，跟具体的指针的类型无关
3. 特殊指针
3.1 野指针
- 概念：指向一块未知区域的指针，被称为野指针。野指针是危险的。
- 危害：
- 引用野指针，相当于访问了非法的内存，常常会导致段错误（segmentation fault）
- 引用野指针，可能会破坏系统的关键数据，导致系统崩溃等严重后果
- 产生原因：
- 指针定义之后，未初始化
- 指针所指向的内存，被系统回收
- 指针越界
- 如何防止：
- 指针定义时，及时初始化
- 绝不引用已被系统回收的内存
- 确认所申请的内存边界，谨防越界
3.2 空指针
很多情况下，我们不可避免地会遇到野指针，比如刚定义的指针无法立即为其分配一块恰当的内存，又或者指针所指向的内存被释放了等等。一般的做法就是将这些危险的野指针指向一块确定的内存，比如零地址内存。
- 概念：空指针即保存了零地址的指针，亦即指向零地址的指针。
- 示例：
// 1，刚定义的指针，让其指向零地址以确保安全:
char *p1 = NULL;
int *p2 = NULL;
// 2，被释放了内存的指针，让其指向零地址以确保安全：
char *p3 = malloc(100); // a. 让 p3 指向一块大小为100个字节的内存
free(p3); // b. 释放这块内存，此时 p3 相当于指向了一块非法内存
p3 = NULL; // c. 让 p3 指向零地址
4. 指针运算
- 指针加法意味着地址向上移动若干个目标
- 指针减法意味着地址向下移动若干个目标
- 示例：
int a = 100;
int *p = &a; // 指针 p 指向整型变量 a
int *k1 = p + 2; // 向上移动 2 个目标（2个int型数据）
int *k2 = p - 3; // 向下移动 3 个目标（3个int型数据）
5. 指针语法解剖
- 任意的指针，不管有多复杂，其定义都由两部分组成。
- 第1部分：指针所指向的数据类型，可以是任意的类型
- 第2部分：指针的名字
- 示例：
char (*p1); // 第2部分：*p1; 第1部分：char;
char *(*p2); // 第2部分：*p2; 第1部分：char *;
char **(*p3); // 第2部分：*p3; 第1部分：char **;
char (*p4)[3]; // 第2部分：*p4; 第1部分：char [3];
char (*p5)(int, char); // 第2部分：*p5; 第1部分：char (int, float);
- 注解：
- 上述示例中，p1、p2、p3、p4、p5本质上并无区别，它们均是指针
- 上述示例中，p1、p2、p3、p4、p5唯一的不同，是它们所指向的数据类型不同
- 第1部分的声明语句，如果由多个单词组成，C语言规定需要将其拆散写到第2部分的两边
6. 特殊指针
6.1 char型指针
char型指针实质上跟别的类型的指针并无本质区别，但由于C语言中的字符串以字符数组的方式存储，而数组在大多数场合又会表现为指针，因此字符串在绝大多数场合就表现为char型指针。
- 定义：
char *p = "abcd";
6.2 多级指针
- 如果一个指针变量 p1 存储的地址，是另一个普通变量 a 的地址，那么称 p1 为一级指针
- 如果一个指针变量 p2 存储的地址，是指针变量 p1 的地址，那么称 p2 为二级指针
- 如果一个指针变量 p3 存储的地址，是指针变量 p2 的地址，那么称 p3 为三级指针
- 以此类推，p2、p3等指针被称为多级指针
- 示例：
int a = 100;
int *p1 = &a; // 一级指针，指向普通变量
int **p2 = &p1; // 二级指针，指向一级指针
int ***p3 = &p2; // 三级指针，指向二级指针
6.3 void型指针
- 概念：无法明确指针所指向的数据类型时，可以将指针定义为 void 型指针
- 要点：
- void 型指针无法直接索引目标，必须将其转换为一种具体类型的指针方可索引目标
- void 型指针无法进行加减法运算
- void关键字的三个作用：
- 修饰指针，表示指针指向一个类型未知的数据。
- 修饰函数参数列表，表示函数不接收任何参数。（预习）int main(void)
- 修饰函数返回类型，表示函数不返回任何数据。（预习）void func(int)
- 示例：
// 指针 p 指向一块 4 字节的内存，且这4字节数据类型未确定
void *p = malloc(4);
// 1，将这 4 字节内存用来存储 int 型数据
*(int *)p = 100;
printf("%d\n", *(int *)p);
// 2，将这 4 字节内存用来存储 float 型数据
*(float *)p = 3.14;
printf("%f\n", *(float *)p);
6.4 const型指针
- const型指针有两种形式：①常指针 ②常目标指针
- 常指针：const修饰指针本身，表示指针变量本身无法修改。
- 常目标指针：const修饰指针的目标，表示无法通过该指针修改其目标。
- 常指针在实际应用中不常见。
- 常目标指针在实际应用中广泛可见，用来限制指针的读写权限
- 示例：
int a = 100;
int b = 200;
// 第1中形式，const修饰p1本身，导致p1本身无法修改
int * const p1 = &a;
// 第2中形式，const修饰p2的目标，导致无法通过p2修改a
int const *p2 = &a;
const int *p2 = &a;
6.5 函数指针
- 概念：指向函数的指针，称为函数指针。
- 特点：函数指针跟普通指针本质上并无区别，只是在取址和索引时，取址符和星号均可省略
- 示例：
void f (int); // 函数 f 的类型是： void (int)
void (*p)(int); // 指针 p 专门用于指向类型为 void (int) 的函数
p = &f; // p 指向 f（取址符&可以省略）
p = f; // p 指向 f
// 以下三个式子是等价的：
f (666); // 直接调用函数 f
(*p)(666); // 通过索引指针 p 的目标，间接调用函数 f
p (666); // 函数指针在索引其目标时，星号可以省略
- 要点：
- 函数指针是一类专门用来指向某种类型函数的指针。
- 函数的类型不同，所需要的函数指针也不同。
- 函数的类型，与普通变量的类型判定一致，即去除声明语句中的标识符之后所剩的语句。