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）
