5分钟内了解C语言的指针

指针、引用和取值

什么是指针？什么是内存地址？什么叫做指针的取值？指针是一个存储计算机内存地址的变量。在这份教程里“引用”表示计算机内存地址。从指针指向的内存读取数据称作指针的取值。指针可以指向某些具体类型的变量地址，例如int、long和double。指针也可以是void类型、NULL指针和未初始化指针。本文会对上述所有指针类型进行探讨。

根据出现的位置不同，操作符 * 既可以用来声明一个指针变量，也可以用作指针的取值。当用在声明一个变量时，*表示这里声明了一个指针。其它情况用到*表示指针的取值。

&是地址操作符，用来引用一个内存地址。通过在变量名字前使用&操作符，我们可以得到该变量的内存地址。

代码如下:

// 声明一个int指针
int *ptr;
// 声明一个int值
int val = 1;
// 为指针分配一个int值的引用
ptr = &val;
// 对指针进行取值，打印存储在指针地址中的内容
int deref = *ptr;
printf("%d\n", deref);

第2行，我们通过*操作符声明了一个int指针。接着我们声明了一个int变量并赋值为1。然后我们用int变量的地址初始化我们的int指针。接下来对int指针取值，用变量的内存地址初始化int指针。最终，我们打印输出变量值，内容为1。

第6行的&val是一个引用。在val变量声明并初始化内存之后，通过在变量名之前使用地址操作符&我们可以直接引用变量的内存地址。

第8行，我们再一次使用*操作符来对该指针取值，可直接获得指针指向的内存地址中的数据。由于指针声明的类型是int，所以取到的值是指针指向的内存地址存储的int值。

这里可以把指针、引用和值的关系类比为信封、邮箱地址和房子。一个指针就好像是一个信封，我们可以在上面填写邮寄地址。一个引用（地址）就像是一个邮件地址，它是实际的地址。取值就像是地址对应的房子。我们可以把信封上的地址擦掉，写上另外一个我们想要的地址，但这个行为对房子没有任何影响。

void指针、NULL指针和未初始化指针

一个指针可以被声明为void类型，比如void *x。一个指针可以被赋值为NULL。一个指针变量声明之后但没有被赋值，叫做未初始化指针。

代码如下:

int *uninit; // int指针未初始化
int *nullptr = NULL; // 初始化为NULL
void *vptr; // void指针未初始化
int val = 1;
int *iptr;
int *castptr;
 
// void类型可以存储任意类型的指针或引用
iptr = &val;
vptr = iptr;
printf("iptr=%p, vptr=%p\n", iptr, vptr);
 
// 通过显示转换，我们可以把一个void指针转成
// int指针并进行取值
castptr = (int *)vptr;
printf("*castptr=%d\n", *castptr);
 
// 打印null和未初始化指针
printf("uninit=%p, nullptr=%p\n", uninit, nullptr);
// 不知道你会得到怎样的返回值，会是随机的垃圾地址吗？
// printf("*nullptr=%d\n", nullptr);
// 这里会产生一个段错误
// printf("*nullptr=%d\n", nullptr);

执行上面的代码，你会得到类似下面对应不同内存地址的输出。

代码如下:

iptr=0x7fff94b89c6c, vptr=0x7fff94b89c6c
*castptr=1
uninit=0x7fff94b89d50, nullptr=(nil)

第1行我们声明了一个未初始化int指针。所有的指针在赋值为NULL、一个引用（地址）或者另一个指针之前都是未被初始化的。第2行我们声明了一个NULL指针。第3行声明了一个void指针。第4行到第6行声明了一个int值和几个int指针。

第9行到11行，我们为int指针赋值为一个引用并把int指针赋值为void指针。void指针可以保存各种其它指针类型。大多数时候它们被用来存储数据结构。可以注意到，第11行我们打印了int和void指针的地址。它们现在指向了同样的内存地址。所有的指针都存储了内存地址。它们的类型只在取值时起作用。

第15到16行，我们把void指针转换为int指针castptr。请注意这里需要显示转换。虽然C语言并不要求显示地转换，但这样会增加代码的可读性。接着我们对castptr指针取值，值为1。

第19行非常有意思，在这里打印未初始化指针和NULL指针。值得注意的是，未初始化指针是有内存地址的，而且是一个垃圾地址。不知道这个内存地址指向的值是什么。这就是为什么不要对未初始化指针取值的原因。最好的情况是你取到的是垃圾地址接下来你需要对程序进行调试，最坏的情况则会导致程序崩溃。

NULL指针被初始化为o。NULL是一个特殊的地址，用NULL赋值的指针指向的地址为0而不是随机的地址。只有当你准备使用这个地址时有效。不要对NULL地址取值，否则会产生段错误。

指针和数组

C语言的数组表示一段连续的内存空间，用来存储多个特定类型的对象。与之相反，指针用来存储单个内存地址。数组和指针不是同一种结构因此不可以互相转换。而数组变量指向了数组的第一个元素的内存地址。

一个数组变量是一个常量。即使指针变量指向同样的地址或者一个不同的数组，也不能把指针赋值给数组变量。也不可以将一个数组变量赋值给另一个数组。然而，可以把一个数组变量赋值给指针，这一点似乎让人感到费解。把数组变量赋值给指针时，实际上是把指向数组第一个元素的地址赋给指针。

代码如下:

int myarray[4] = {1,2,3,0};
int *ptr = myarray;
printf("*ptr=%d\n", *ptr);
 
// 数组变量是常量，不能做下面的赋值
// myarray = ptr
// myarray = myarray2
// myarray = &myarray2[0]

第1行初始化了一个int数组，第2行用数组变量初始化了一个int指针。由于数组变量实际上是第一个元素的地址，因此我们可以把这个地址赋值给指针。这个赋值与int *ptr = &myarray[0]效果相同，显示地把数组的第一个元素地址赋值到了ptr引用。这里需要注意的是，这里指针需要和数组的元素类型保持一致，除非指针类型为void。

指针与结构体

就像数组一样，指向结构体的指针存储了结构体第一个元素的内存地址。与数组指针一样，结构体的指针必须声明和结构体类型保持一致，或者声明为void类型。

代码如下:

struct person {
  int age;
  char *name;
};
struct person first;
struct person *ptr;
 
first.age = 21;
char *fullname = "full name";
first.name = fullname;
ptr = &first;
 
printf("age=%d, name=%s\n", first.age, ptr->name);

第1至6行声明了一个person结构体，一个变量指向了一个person结构体和指向person结构体的指针。第8行为age成员赋了一个int值。第9至10行我们声明了一个char指针并赋值给一个char数组并赋值给结构体name成员。第11行我们把一个person结构体引用赋值给结构体变量。

第13行我们打印了结构体实例的age和name。这里需要注意两个不同的符号，'.' 和 ‘->' 。结构体实例可以通过使用 ‘.' 符号访问age变量。对于结构体实例的指针，我们可以通过 ‘->' 符号访问name变量。也可以同样通过(*ptr).name来访问name变量。

总结

希望这份简短的概述能够有助于了解不同的指针类型。在后续的博文中我们会探讨其它类型的指针和高级用法，比如函数指针。

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