C语言——指针的奥秘（1.0）

指针

  • 一.内存和地址
    • 1.内存
    • 2.编址
  • 二.指针变量和指针
    • 1.取地址操作符（&）
    • 2.指针变量和解引用操作符（*）
      • 1.指针变量
      • 2.拆解指针类型
      • 3.解引用操作符
      • 4.指针变量的大小
  • 三.指针变量的类型和意义
    • 1.指针的解引用
    • 2.指针 +- 整数
    • 3.void* 指针
  • 四.const修饰指针
    • 1.const修饰变量
    • 2.const修饰指针变量
  • 五.指针运算
    • 1.指针 +- 整数
    • 2.指针 - 指针
    • 3.指针的关系运算
  • 六.野指针
    • 1.野指针成因
      • 1.指针未初始化
      • 2.指针越界访问
      • 3.指针指向的空间释放
    • 2.如何规避野指针
      • 1.指针初始化
      • 2.小心指针越界
      • 3.避免返回局部变量的地址
      • 4.指针变量不再使用时置为NULL，指针使用之前检查有效性
  • 七.assert断言

前言：

  • 一谈到指针，大家的印象都是非常的难，但是指针对于C语言的学习是至关重要的，有了指针的基础，对于以后学习数据结构有很大的帮助，这是一个承上启下的过程，但是如果指针没有学好的话，学习数据结构是相当吃力地，即便是最简单的顺序表，链表。
  • 对于指针的学习，首先是不能畏惧指针，你若害怕一件事，那么迎接你的大概是你最不希望看到的，生活也是如此。所以要有一种迎难而上的精神，要对自己充满信心，抱着一定能学好指针的态度，即便过程艰辛但结局完美，也不辜此行。
  • 那么从现在开始，行动起来吧，自信的你才是最完美的自己！

一.内存和地址

1.内存

 在理解指针之前我们需要知道计算机中的内存分配。

  • 计算机上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，电脑上内存有8GB/16GB/32GB等，那这些内存空间如何高效的管理呢？
  • 其实计算机把内存划分为⼀个个的内存单元，每个内存单元的大小为1个字节。

  将内存比作学校，内存单元就好比⼀个个教室，⼀个字节空间里面能放8个比特位，就好比教室里只能存在8个人，每个人是⼀个比特位。每个内存单元也都有⼀个编号（这个编号就相当于教室的门牌号），有了这个内存单元的编号，CPU就可以快速找到这个内存空间（教室）。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。

  • 所以我们可以理解为：内存单元的编号 == 地址 ==指针

在这里插入图片描述

2.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(就如同教室很多，需要给教室编号⼀样)。
  • 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。
  • 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，每根线只有两中状态，表示0,1【电脉冲有无】，⼀根线，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。所以32位机器共有2 ^ 32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。
    在这里插入图片描述

二.指针变量和指针

1.取地址操作符（&）

在这里插入图片描述

  • 在C语⾔中创建变量其实就是向内存中的栈区申请空间，比如，上述的代码就是创建了整型变量a，向内存中申请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：0x00CFF9C,0x00CFF9D,0x00CFF9E,0x00CFF9F。
  • 按照我画图的例子，会打印处理：0x00CFF9C。&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.指针变量和解引用操作符（*）

1.指针变量

#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;
}
  • 那我们通过取地址操作符(&)拿到的地址是⼀个数值，比如：0x0012FF40，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。如图：

在这里插入图片描述

  • 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。
  • 我们口头说的指针是指针变量。

2.拆解指针类型

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int * pa = &a;
	return 0;
}
  • 我们看到pa的类型是 int* ，我们该如何理解指针的类型呢？如图：

在这里插入图片描述

3.解引用操作符

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 100;
	int* pa = &a;
	*pa = 0;
	printf("%d\n", a);//输出0
	return 0;
}
  • *pa表示什么意思呢？如图：

在这里插入图片描述

  • 通过指针来修改，指针所指向的内容，就多了一种途径，体现出代码的灵活，那到底为什么要这样做呢？跟着我将指针学完，你就懂了。

4.指针变量的大小

#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;
}

在这里插入图片描述
结论：

  • 32位平台下（x86）地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节。
  • 64位平台下（x64）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，指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的。

三.指针变量的类型和意义

1.指针的解引用

  • 以下给出两类代码，理解指针变量类型的意义

代码1：

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

在这里插入图片描述

  • 调试我们可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0。

代码1：

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

在这里插入图片描述

  • 调试我们可以看到，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（访问）几个字节）。比如： char* 的指针解引用就只能访问⼀个字节，而 int* 的指针的解用就能访问四个字节。这就是代码1与代码2不同的根本原因。

2.指针 ± 整数

  • 先来一段代码，观察地址的变化
int main()
{
	int n = 10;
	char* pc = (char*)&n;
	int* pi = &n;
	printf("&n=   %p\n", &n);
	printf("pc=   %p\n", pc);
	printf("pc+1 =%p\n", pc + 1);
	printf("pi=   %p\n", pi);
	printf("pi+1= %p\n", pi + 1);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 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。指针+1，其实跳过指针指向的元素的类型的大小（字节数）。指针可以+1，那也可以-1。

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.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* 类型的指针不能直接进行指针的±整数和解引用的运算。
  • 因为不知道一次访问/跳过多少个字节，但是可以先强制类型转换，再进行指针的±整数和解引用的运算。
  • 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。由于这篇文章是初识指针，这一部分放在之后讲解。

四.const修饰指针

1.const修饰变量

  • 变量是可以修改的，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 
 	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进行修改，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。

int main()
{
 	const int n = 0;
	printf("n = %d\n", n);
 	int* p = &n;
 	*p = 20;
 	printf("n = %d\n", n);
 	return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 我们可以看到这里⼀个确实修改了，但是我们还是要思考⼀下，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？于是就有了const修饰指针变量。

2.const修饰指针变量

  • ⼀般来讲const修饰指针变量，可以放在 * 的左边，也可以放在 * 的右边，也可以放在两边，意义是不⼀样的。以下为三种可能代码：
int* p//没有const修饰
int const *p//const 放在*的左边做修饰等价于const int *p
int* const p//const 放在*的右边做修饰
int const * const p //const 放在*的左右两边做修饰
  • 我们看下面代码，来分析具体分析⼀下：
#include <stdio.h>
//代码1 - 测试⽆const修饰的情况 
void test1()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int* p = &n;
	*p = 20;//ok
	p = &m; //ok

}
//代码2 - 测试const放在*的左边情况 
void test2()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	const int* p = &n;
	*p = 20;//err
	p = &m; //ok
}
//代码3 - 测试const放在*的右边情况 
void test3()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int* const p = &n;
	*p = 20; //ok
	p = &m; //err
}
//代码4 - 测试*的左右两边都有const 
void test4()
{
	int n = 10;
	int m = 20;
	int const* const p = &n;
	*p = 20; //err
	p = &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const 
	test4();
	return 0;
}

const修饰指针变量的时候的结论：

  • 无const修饰的指针：指针变量本身的内容可变，指针指向的内容，也可以通过指针改变。
  • 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。
  • 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。
  • const如果放在 * 的左右两边：保证了指针变量的内容不能修改，以及保证指针指向的内容不能通过指针来改变。

五.指针运算

1.指针 ± 整数

  • 由于数组在内存中是连续存放的，只要知道第⼀个元素的地址，顺藤摸瓜能找到后面的所有元素。如何表示呢？如下：
#include <stdio.h>
//指针+- 整数 
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));//p+i 这里就是指针+整数 
	}
	return 0;
}
  • p指向整形元素arr[0]，p+1跳过4个字节，也就是1个整形，所以p+1指向整形元素arr[1]。
  • p一次访问4个字节，也就是一个整形，得到arr[0]。
  • 同理*(p+1)得到arr[1]，按照指针的方法就可以打印数组所有的元素。
  • 其实：arr[0]本质就是*(p+0), arr[i]==*(p+i)。
  • 还有：数组名arr就是首元素的地址，也就是arr[0]的地址，也可以这么写，arr[0]等价于* (arr+0), arr[i]等价于* (arr+i)。

2.指针 - 指针

  • 大指针 - 小指针得到的是指针之间元素的个数，仅限于它们是同一块空间 还有小指针 - 大指针得到的就是负数。例如：
#include <stdio.h>
//指针 - 指针
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p1 = &arr[0];
	int* p2 = &arr[6];
	printf("%d\n", p1 - p2);//-6
	printf("%d\n", p2 - p1);//6
	return 0;
}
  • 数组再内存中是连续存放的，且是由低地址向高地址存放的。

3.指针的关系运算

  • 指针还能够比较大小，指针本质是地址，地址以16进制显现出来的，所以本质就是比较两个数的大小。
#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	while (p < arr + sz) //指针的大小比较 
	{
		printf("%d ", *p);//打印数组所有的元素
		p++;
	}
	return 0;
}

六.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），是非常危险的。

1.野指针成因

1.指针未初始化

//1.指针未初始化
#include <stdio.h>
int main()
{
	int* p;//局部变量指针未初始化，没有明确的指向，默认为随机值 
	*p = 20;//非法访问内存了，p就是野指针
	//随机将p指向的对象改变是非常危险的，这是错误的做法
	return 0;
}

2.指针越界访问

//2.指针越界访问
#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* p = &arr[0];
	int i = 0;
	for (i = 0; i <= 11; i++)
	{
		//当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针 
		//我们没有权限访问及修改，这片空间
		*(p++) = i;
	}
	return 0;
}

3.指针指向的空间释放

//3.返回局部变量的地址（生命周期结束后使用）
int* test()
{
	int a = 10;
	return &a;
}
int main()
{
	int* p = test();
	//p中存着a的地址，a已经还给操作系统了，p不能使用这块空间，p就是野指针
	//但是内存里的这块空间还在，只是不属于当前程序，没有使用着块空间的使用权限
	printf("%d\n", *p);//通过非法的地址，如果这块空间没有被使用（覆盖），还能找到10，但是不属于我们。
	return 0;
}

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。

代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int num = 10;
	int* p1 = &num;
	int* p2 = NULL;
	return 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，不能超出范围访问，超出了就是越界访问。导致野指针。

3.避免返回局部变量的地址

  • 如造成野指针的第3个例子，不要返回局部变量的地址。

4.指针变量不再使用时置为NULL，指针使用之前检查有效性

  • 当指针变量指向⼀块区域的时候，我们可以通过指针访问该区域，后期不再使用这个指针访问空间的时候，我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的⼀个规则就是：只要是NULL指针就不去访问，同时使用指针之前可以判断指针是否为NULL。
  • 我们可以把野指针想象成野狗，野狗放任不管是非常危险的，所以我们可以找⼀棵树把野狗拴起来，就相对安全了，给指针变量及时赋值为NULL，其实就类似把野狗栓起来，就是把野指针暂时管理起来。
  • 不过野狗即使拴起来我们也要绕着走，不能去挑逗野狗，有点危险；对于指针也是，在使用之前，我们也要判断是否为NULL，看看是不是被拴起来起来的野狗，如果是不能直接使用，如果不是我们再去使用。
#include<stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int* p = &arr[0];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		*(p++) = i;
	}
	//此时p已经越界了，可以把p置为NULL 
	p = NULL;
	//下次使⽤的时候，判断p不为NULL的时候再使⽤ 
	//...

	p = &arr[0];//重新让p获得地址 
	if (p != NULL) //判断 
	{
		//...
	}
	return 0;
}

七.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。

初识指针到这里就结束了，日后还会更新指针的奥秘（2.0）以及（3.0）等等。不要错过了哦。
觉得我写的不错的，可以给个三连哦，您的支持将是我对日后更新最大的动力，感谢啦！！！！

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1、如何确认哪些对象“已死” 在上一篇文章中介绍到Java内存运行时的各个区域。其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随着线程而生&#xff0c;随线程而灭&#xff0c;栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊的执行着入栈和出栈操作。每个栈帧中分配多少内存基本上…
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VMvare如何更改虚拟机内共享文件夹的挂载点

VMvare如何更改虚拟机内共享文件夹的挂载点

更改虚拟机内共享文件夹的路径 进入目录 /etc/init.d ,并找到vmware-tools文件 里面有配置项 vmhgfs_mnt"/mnt/hgfs" 将引号内的内容更改为你需要挂载的路径,重启即可 注意挂载的路径不能是 “/”&#xff0c;必须根目录下的某个文件夹&#xff0c;或者其子文件夹 …
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定时器编程前配置和控制LED隔一秒亮灭

定时器编程前配置和控制LED隔一秒亮灭

1.配置定时器 0 工作模式16位计时 2.给初值&#xff0c;定一个10ms出来 3.开始计时
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