C语言——深入理解指针（1）

bit- 比特位                    1byte = 8bit
byte- 字节                    1KB = 1024byte
KB                            1MB = 1024KB
MB                            1GB = 1024MB
GB                            1TB = 1024GB
TB                            1PB = 1024TB
PB

把这些每一个内存单元想成一个房间，一个房间可以放8个比特位。

把每个内存单元的编号想成一个内存的地址。

总结就是：内存单元的编号==地址==指针

1.2 编址

计算机中的编址，不是把每个字节的地址记录下来，而是通过硬件设计来完成的。就比如许多乐器的规则，都是设计者设计好的，所有人都遵循这个规则。其实本质上就是一直约定出来的共识。

2. 指针的变量和地址

2.1 取地址（&）

知道了内存和地址，其实在C语言中创建变量就是向内存申请一块空间。

向这样的地址a我们应该如何得呢？

这时就要用到我们的一个操作符（&）——取地址操作符

#include <stdio.h>
//%p--打印地址
int main()
{
	int a = 10;
	printf("%p\n", &a);
	return 0;
}

我们知道整型变量是占4个字节，这里我们只要知道第一个地址，就可以访问到4个字节的数据了

2.2 指针变量

当我们通过&得到的地址也是一个数（0x0023DF32），这个数值有时候也要储存起来，方便我们后面的使用。但是我们应该存放到哪呢？答案就是：指针变量。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;//把a的地址储存在p这个指针变量中。
	return 0;
}

注意：指针变量也是变量，这种变量是用来存地址的，只要存放在指针中的值都会理解为地址。

指针的类型：

int a=10;
int* p=&a;

这里的* 是在说明平时指针变量，而int 是在说明p指向的是整型类型的对象。

2.3 解引用

我们现在知道怎么把地址保证起来了，但是要怎么使用呢?在现实生活中，我们每个房间都会有一把打开它的钥匙，用了钥匙我们就可以打开房间，找到里面的东西。C语言其实也是一样的，我们拿到了地址，就可以通过地址找到地址指向的对象。这里就要用到解引用操作符 *（）。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int* p = &a;//把a的地址储存在p这个指针变量中。
	*p = 0;//解引用p，找到a并且将它的值改为0
	printf("%d", *p);
	return 0;
}

2.4 指针变量大小

#include <stdio.h>
//指针变量的⼤⼩取决于地址的⼤⼩
//32位平台下地址是32个bit位（即4个字节）
//64位平台下地址是64个bit位（即8个字节）
int main()
{
	printf("%zd\n", sizeof(char*));
	printf("%zd\n", sizeof(short*));
	printf("%zd\n", sizeof(int*));
	printf("%zd\n", sizeof(double*));
	return 0;
}

3. 指针变量类型存在的意义

其实指针类型是有特殊意义的，不同的类型有不同的意义。

3.1 不同类型指针的解引用

我们先看两个程序：

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

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

通过调试我们发现第一个程序会把n的4个字节全部改为0，而第二个程序只会把第一个字节改为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（⼀次能操作⼏个字节）。

3.2 指针对整数的运算（+，-）

我们可以看到，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4次字节。

总结：指针的类型决定了指针向前或者向后走一步的距离。

3.3 void* 指针

在指针类型中有void*类型的，我们可以理解为没有具体类型的指针（泛指针），这种指针可以接收任意类型的地址。但是，void* 不能用来直接进行指针的加减整数和解引用运算。

注：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。

4. const 修饰

4.1 const 变量

只要是变量，就是可以修改的。如果我们要想要这个变量成为不可变的，那么就要用到 const 来修饰。

4.2 const（指针变量）

举例：

#include <stdio.h>
//代码1
void test1()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int* p = &n;
	*p = 20;
	p = &m; 
}
void test2()
{
	//代码2
	int n = 10;
	int m = 20;
	const int* p = &n;
	*p = 20;
	p = &m; 
}
void test3()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int* const p = &n;
	*p = 20;
	p = &m; 
}
void test4()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int const* const p = &n;
	*p = 20; 
	p = &m; 
}
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const
	test4();
	return 0;
}

结论：const修饰指针变量的时候

1.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。

2.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。

5. 指针的运算

指针的基本运算有三种，分别是：

指针+- 整数——根据指针变量的类型，向前或向后移动

指针-指针

指针的关系运算

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）——没有约束的指针。

产生野指针的原因：
1. 指针没有初始化

2. 指针越界访问 ——只有10个元素，但是访问到第11个

3. 指针指向的空间被释放——指针指向函数

避免野指针的方法：
1. 指针初始化：指针一定要指向一个地址，没有就给指针赋值NULL（0）

2.小心指针越界：⼀个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间。

3. 指针变量不再使用时一定要及时置为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

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”。

assert （p!=NULL）
//验证p是否等于NULL
//当p不等于NULL时，程序继续运行，否则停止，并且给出报错信息

assert 的实现：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。

使用的优点：可以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。

补充：如果已经确认程序没有问题，不需要再做断⾔，就在 #include 语句的前⾯，定义⼀个宏 NDEBUG 。

8.指针的使用和传址调用

举例1：strlen 的模拟实现

#include<assert.h>
int my_strlen(const char* str)
{
	int count = 0;
	assert(str);//断言判的str是否为真（非0）
	while (*str)
	{
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}
int main()
{
	int len = my_strlen("abcdef");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

传址调用
例如：写⼀个函数，交换两个整型变量的值

我们一般的想法（传值调用）：

注意：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。

如果把要交换值的地址传给函数呢？

我们可以看到交换成功了。这种把变量的地址传递给了函数的方式叫：传址调用。

补充：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。