C：指针基础

Posted 2020-11-25 wbyixx

内存概述

内存

内存含义：

• 存储器：计算机的组成中，用来存储程序和数据，辅助CPU进行运算处理的重要部分。
• 内存：内部存贮器，暂存程序/数据——掉电丢失 SRAM、DRAM、DDR、DDR2、DDR3。
• 外存：外部存储器，长时间保存程序/数据—掉电不丢ROM、ERRROM、FLASH（NAND、NOR）、硬盘、光盘。

内存是沟通CPU与硬盘的桥梁：

• 暂存放CPU中的运算数据
• 暂存与硬盘等外部存储器交换的数据

物理存储器和存储地址空间

有关内存的两个概念：物理存储器和存储地址空间。

物理存储器：实际存在的具体存储器芯片。

• 主板上装插的内存条
• 显示卡上的显示RAM芯片
• 各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片

存储地址空间：对存储器编码的范围。我们在软件上常说的内存是指这一层含义。

• 编码：对每个物理存储单元（一个字节）分配一个号码
• 寻址：可以根据分配的号码找到相应的存储单元，完成数据的读写

内存地址

• 将内存抽象成一个很大的一维字符数组。
• 编码就是对内存的每一个字节分配一个32位或64位的编号（与32位或者64位处理器相关）。
• 这个内存编号我们称之为内存地址。

内存中的每一个数据都会分配相应的地址：

• char:占一个字节分配一个地址
• int: 占四个字节分配四个地址
• float、struct、函数、数组等

指针基础

指针和指针变量

• 内存区的每一个字节都有一个编号，这就是“地址”。
• 如果在程序中定义了一个变量，在对程序进行编译或运行时，系统就会给这个变量分配内存单元，并确定它的内存地址(编号)
• 指针的实质就是内存“地址”。指针就是地址，地址就是指针。
• 指针是内存单元的编号，指针变量是存放地址的变量。
• 通常我们叙述时会把指针变量简称为指针，实际他们含义并不一样。

指针变量的定义和使用

• 指针也是一种数据类型，指针变量也是一种变量
• 指针变量指向谁，就把谁的地址赋值给指针变量
• “*”操作符操作的是指针变量指向的内存空间

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 0;
    char b = 100;
    printf("%p, %p
", &a, &b); //打印a, b的地址

    //int *代表是一种数据类型，int*指针类型，p才是变量名
    //定义了一个指针类型的变量，可以指向一个int类型变量的地址
    int *p;
    p = &a;//将a的地址赋值给变量p，p也是一个变量，值是一个内存地址编号
    printf("%d
", *p);//p指向了a的地址，*p就是a的值

    char *p1 = &b;
    printf("%c
", *p1);//*p1指向了b的地址，*p1就是b的值

    return 0;
}

注意：& 可以取得一个变量在内存中的地址。但是，不能取寄存器变量，因为寄存器变量不在内存里，而在CPU里面，所以是没有地址的。

通过指针间接修改变量的值

    int a = 0;
    int b = 11;
    int *p = &a;

    *p = 100;
    printf("a = %d, *p = %d
", a, *p);

    p = &b;
    *p = 22;
    printf("b = %d, *p = %d
", b, *p);

指针大小

• 使用sizeof()测量指针的大小，得到的总是：4或8
• sizeof()测的是指针变量指向存储地址的大小
• 在32位平台，所有的指针（地址）都是32位(4字节)
• 在64位平台，所有的指针（地址）都是64位(8字节)

    int *p1;
    int **p2;
    char *p3;
    char **p4;
    printf("sizeof(p1) = %d
", sizeof(p1));
    printf("sizeof(p2) = %d
", sizeof(p2));
    printf("sizeof(p3) = %d
", sizeof(p3));
    printf("sizeof(p4) = %d
", sizeof(p4));
    printf("sizeof(double *) = %d
", sizeof(double *));

野指针和空指针

指针变量也是变量，是变量就可以任意赋值，不要越界即可（32位为4字节，64位为8字节），但是，任意数值赋值给指针变量没有意义，因为这样的指针就成了野指针，此指针指向的区域是未知(操作系统不允许操作此指针指向的内存区域)。所以，野指针不会直接引发错误，操作野指针指向的内存区域才会出问题

    int a = 100;
    int *p;
    p = a; //把a的值赋值给指针变量p，p为野指针， ok，不会有问题，但没有意义

    p = 0x12345678; //给指针变量p赋值，p为野指针， ok，不会有问题，但没有意义

    *p = 1000;  //操作野指针指向未知区域，内存出问题，err

但是，野指针和有效指针变量保存的都是数值，为了标志此指针变量没有指向任何变量(空闲可用)，C语言中，可以把NULL赋值给此指针，这样就标志此指针为空指针，没有任何指针。

int *p = NULL;

NULL是一个值为0的宏常量： #define NULL ((void *)0)

万能指针 void *

void * 指针可以指向任意变量的内存空间：

    void *p = NULL;

    int a = 10;
    p = (void *)&a; //指向变量时，最好转换为void *

    //使用指针变量指向的内存时，转换为int *
    *( (int *)p ) = 11;
    printf("a = %d
", a);

const修饰的指针变量

    int a = 100;
    int b = 200;

        //指向常量的指针
    //修饰*，指针指向内存区域不能修改，指针指向可以变
    const int *p1 = &a; //等价于int const *p1 = &a;
    //*p1 = 111; //err
    p1 = &b; //ok

        //指针常量
    //修饰p1，指针指向不能变，指针指向的内存可以修改
    int * const p2 = &a;
    //p2 = &b; //err
    *p2 = 222; //ok

指针和数组

数组名

数组名字是数组的首元素地址，但它是一个常量，且不能修改

指针的加减运算

指针的加减并不是存储的值的加减，而是代表着指针的移位，移位的大小由指针的类型决定

• p + i 相当于 &p[i]
• *(p + i) 相当于 p[i]

int a[5] = {1,2,3,4,5};
int *p = a; // p这里就是数组第一个元素的地址

// *p 取出第一个元素的值
// p+1 指向数组的第二个元素
// *(p+1) 取出数组第二个元素的值
// 总结：*(p+i) 相当于 p[i]

指针数组

指针数组，它是数组，数组的每个元素都是指针类型，仅此而已

多级指针

指针也是一个变量，也有地址，也可以通过另一个指针存储这个地址

存储指针的地址的指针就叫做多级指针

指针与函数

函数名是一个地址，所以指针也可以指向函数名

指针可以用来给函数传参：这样在函数中就可以通过形参修改外部的数据

指针可以作为函数的返回值：返回一个地址

指针和字符串

字符串常量，例如："Hello" 直接用 %d 或者 %p 打印出来发现是一个数字，因为字符串常量也保存在某个内存块中，也有一个地址

可以用字符指针来指向字符串，因为字符串的地址也是字符串中第一个字符的地址