C语言指针之必须要掌握的指针基础知识

目录

• 一、指针概述
• 指针的创建
• 指针的大小
• 如何使用指针
• 二级指针
• 二、野指针
• 形成野指针的原因
• 如何规避野指针
• 三、指针的基本运算
• 指针± 整数
• 指针-指针
• 四、指针和数组
• 五、指针数组
• 总结

一、指针概述

指针是个变量，存放内存单元的地址（编号）。

指针的创建

在定义指针变量的时候，在变量前面加上' * '，代表这个变量是一个指针，再往前面加上一个类型名，就代表指针的类型，称为XX指针。

指针的初始化：

使用&（取地址操作符）可以获得变量的地址，将其赋值给已经定义好的指针变量，需要它们的类型相同，类型不同的时候可以使用强制转换。如果暂时不知道需要存放什么地址的时候，可以先让它指向NULL（(void*)0），NULL本质就是0，0这个地址是不允许存储的。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;//在内存中开辟一块空间
	int *p = &a;//这里我们对变量a，取出它的地址，可以使用&操作符。
				//将a的地址存放在p变量中，p就是一个指针变量。
	return 0;
}

指针的大小

指针可以是不同的类型，char*、int*、float*、double*、long*等我们熟知的类型，那指针在内存中占多大的空间呢？

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是产生一个电信号正电/负电（1或者0）
那么32根地址线产生的地址就会是：

00000000 00000000 00000000 00000000
……
111111111 111111111 111111111 111111111
共有232个地址，每一个地址能指向一个内存单元（一字节），那么有232个内存单元。

我们知道一个内存单元的大小为一字节，一根地址线是32位01组成的，那么要存放指针（地址），也就需要32个bit，也即4字节。所以在32位平台下不论是什么类型的指针都是4个字节。

同理，在64位平台下有64根地址线，每个地址是64位，所以需要8个字节。

如何使用指针

使用' * '操作符对指针进行解引用，可以获取到指针指向空间的值

我们来运行下方代码。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 0x11223344;
	char* pc = (char*)&n;//将n的地址（指针）强制转换成char* 类型
	int* pi = &n;
	*pc = 0;//改变它指向空间的值
	*pi = 0;
	return 0;
}

我们开始调试代码，查看n的内存，最左边是地址，右边是以16进制显示内存里存放的数据，而n也是以16进制存进去的，两个16进制代表一个字节，如下图：

当执行完语句 *pc=0;

因为pc指向的是char* 类型，只能访问一个字节，所以只能修改一个字节。

再执行*pi = 0;

此时n的内存数据全部变成了0，说明int*类型的指针可以访问4个字节。

小结：

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* 的指针的解引用就能访问四个字节。

二级指针

指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪里？ 这就是 二级指针 。
即存放指针变量的地址的指针，二级指针指向的空间的值是一个一级指针。

int main()
{
	int a = 20;
	int* p = &a;
	int** pp = &p;
	printf("%d\n", *p);//解引用即可拿到指针指向空间里面的值
	printf("%d\n", *p); //对二级指针，需要两次解引用才能拿到最开始的值
	return 0;
}

二、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）。

形成野指针的原因

1.指针未初始化

#include <stdio.h>
int main()
{
	int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值
	*p = 20;//往一个随机的地址（不属于本程序的空间）里面放入数据，是不允许的
	return 0;
}

2.指针越界访问

指针想要访问不属于本程序的空间，造成越界访问，程序出错，在使用数组的时候最容易发生。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = {0};
	int *p = arr;
	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
    	*(p++) = i;
	}
	return 0;
}

3.指针指向的空间释放

当动态开辟的内存被释放后，此时的指针就属于野指针，它指向的位置它不能正常访问。关于动态内存分配，后续会细讲。

int main()
{
	//开辟一个整形空间
	int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
	//释放该空间
	free(p);
	//此时p即为野指针，因为它指向的空间已经无法访问，一般需要将其置空
	//将其指向空指针，防止后续调用出错
	p = NULL;
	return 0;
}

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
• 指针使用之前检查有效性

三、指针的基本运算

关于指针的运算一般有两个，指针+指针，语义是合法，但没有意义。

• 指针± 整数
• 指针-指针

指针± 整数

对int和char类型的指针分别进行+1操作，%p以16进制打印

int main()
{
	int n = 10;
	char* pc = (char*)&n;//将n的地址（指针）强制转换成char* 类型
	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;
}

小结：

指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）。

指针-指针

int main()
{
	int n = 10;
	char* pc = (char*)&n;//将n的地址（指针）强制转换成char* 类型
	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;
}

小结：

指针-指针等于它们之间相差的类型数据的个数。即本例的第10个元素和第1个元素之间相差9。

四、指针和数组

一起来看一下数组名是什么

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	printf("%p\n", arr);
	printf("%p\n", &arr[0]);
	return 0;
}

可见数组名和数组首元素的地址是一样的。

结论： 数组名表示的是数组首元素的地址。也是一个指针

那么我们就可以用一个指针来代替数组名，如下代码：

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int* p = arr;
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//计算数组元素个数
	//对数组赋值
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		*(p + i) = i;
	}
	//打印数组数据
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));
	}
	return 0;
}

注意：

数组名在下面两种情况下不是首元素的地址

1.sizeof(数组名) - 这里的数组名不是首元素的地址，是表示整个数组的，这里计算的是整个数组的大小，单位还是字节

2.&数组名 - 这里的数组名不是首元素的地址，是表示整个数组的，拿到的是整个数组的地址

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int sz = sizeof(arr);
	printf("sizeof(arr)计算的是整个数组的大小：%d\n", sz);
	printf("数组首地址：      %p\n", arr);
	printf("数组首元素地址：  %p\n", &arr[0]);
	printf("数组的地址：      %p\n", &arr);
	printf("数组首地址+1：    %p\n", arr + 1);
	printf("数组首元素地址+1：%p\n", &arr[0] + 1);
	printf("数组的地址+1：    %p\n", &arr + 1);
	//数组名确实是首元素的地址
	//但是有2个例外：
	//1. sizeof(数组名)  - 这里的数组名不是首元素的地址，是表示整个数组的，这里计算的是整个数组的大小，单位还是字节
	//2. &数组名 - 这里的数组名不是首元素的地址，是表示整个数组的，拿到的是整个数组的地址
	//
	return 0;
}

五、指针数组

存放指针的数组。

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	int c = 3;
	int* arr[10] = { &a,&b,&c };
	for (int i = 0; i < 3 ; i++)
	{
		printf("%d ", *(arr[i]));
	}
	return 0;
}

总结

指针是C语言非常重要的一部分，内容繁多不易懂，本文仅介绍了一些基本知识，后续还会深入了解指针。

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容！