C语言指针超详细讲解上篇

前言

本文开始指针相关内容的学习，主要内容包括：

• 指针是什么
• 指针和指针类型
• 野指针
• 指针运算
• 指针和数组
• 二级指针
• 指针数组

1、指针是什么

指针理解的2个要点：

• 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
• 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址

1.1 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：

int main()
{
	int a = 1;//在内存中开辟一块空间
	//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就是一个指针变量
	int* pa = &a;//这里我们对变量a，取出它的地址，可以使用&操作符
	printf("%p\n", &a);
	printf("%p\n", pa);
	a = 10;
	printf("%p\n", &a);
	return 0;
}

利用内存和监视来查看&a 和pa的变化：

见下图所示：

• &a为取变量a的地址：0x00CFFEE0
• pa是指针变量，存放的值是变量a的地址: 0x00CFFEE0

a变量占用4个字节的空间，下图在内存中能看到a的地址占用了4个字节，存放 00 00 00 01

内存显示列数可根据自己调节，4列就是4个字节放一行，见下图：

对a重新赋值10，变量a的值发生变化，但地址是不变的。

因此，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）。

1.2 指针是内存中一个最小单元的编号

• 指针是内存中一个最小单元的编号，这个最小单元是一个字节
• 经过专家们仔细的计算和权衡后，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），32根地址线产生的地址就是：

00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000001
...
11111111 11111111 11111111 11111111

内存最小单元即一个字节，与其对应的地址见下图：

因此，32位的机器就有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 ：

2^32 Byte == 2^32/1024 KB == 2^32/1024/1024 MB == 2^32/1024/1024/1024 GB == 4 GB

4 GB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 8 GB 空间。

• 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
• 在64位机器上，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
• 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

int main()
{
	int a = 10;
	int* pa = &a;
	char ch = 'a';
	char* pc = &ch;
	printf("%d\n", sizeof(pa));//4
	printf("%d\n", sizeof(pc));//4
	return 0;
}

上例说明，不管什么类型的指针变量，它的大小就是4个字节。因为地址是32位0 1表示的，而指针变量就是存放地址的变量，需要4个字节存放。跟他的类型无关。

2、指针和指针类型

变量有不同的类型，整形，浮点型等。那指针同样也有类型：

int num = 10;
p = #//num的地址保存到 p 

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;
int *pi = NULL;
short *ps = NULL;
long *pl = NULL;
float *pf = NULL;
double *pd = NULL;

指针的定义方式是： type + *

• char* 类型的指针是为了存放 char 类型变量的地址：即地址里面的变量是char 类型，占用1个字节，地址本身4个字节
• short* 类型的指针是为了存放 short 类型变量的地址：即地址里面的变量是short类型，占用1个字节，地址本身4个字节
• int* 类型的指针是为了存放 int 类型变量的地址：即地址里面的变量是 int 类型，占用4个字节，地址本身4个字节

2.1 指针±类型

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;
}

指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）：

• int *向后+1，就是移动到下一个 int 类的变量的地址，就是移动4个字节
• char *向后+1，就是移动到下一个 char 类型的变量的地址，就是移动1个字节
• 指针的类型，是指向地址里存储数值的类型

2.2 指针的解引用

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）

2.2.1 int* 类型的解引用

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	int* pa = &a;
	*pa = 0;
	return 0;

int* 的指针的解引用就能访问四个字节：

2.2.2 char* 类型的解引用

int main()
{
	int a = 0x11223344;
	char* pa = (char*)&a;//&a是int*，所以在这里强制转换
	*pa = 0;

	return 0;
}

char* 的指针解引用就只能访问一个字节：

3、野指针

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

3.1.1 指针未初始化

int main()
{
	int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值
	*p = 20;
	return 0;
}

3.1.2 指针越界访问

int main()
{
	int arr[10] = {0};
	int *p = arr;
	int i = 0;
	for(i=0; i<=11; i++)//超过数组的元数个数
	{
		//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;
}

3.1.3 指针指向的空间释放

int* test()
{
	int a = 10;
	printf("%d\n", a);
	return &a;//开辟的空间已经释放了
}
int main()
{
	int* p = test();//函数调用结束后，开辟的内存空间释放了
	*p = 100;
	return 0;
}

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

int main()
{
	int *p = NULL;//初始化
	//....
	int a = 10;
	p = &a;
	if(p != NULL)
	{
		*p = 20;
	}
	return 0;
}

总结

本文学习了指针的部分内容，下一篇继续学习指针的内容。（链接直达）