内存、指针和指向指针的指针

Posted 2023-02-21

【中文标题】内存、指针和指向指针的指针

【英文标题】：Memory, pointers, and pointers to pointers

【发布时间】：2017-09-21 21:01:22

【问题描述】：

我正在开发一个读取 .txt 文件的短程序。最初，我在 main 函数中玩耍，并且我的代码可以正常工作。后来，我决定把它抽象成一个函数。现在，我似乎无法让我的代码工作，而且我已经被这个问题挂断了很长一段时间。

我认为我最大的问题是我并不真正了解内存/硬件级别的情况。我知道指针只是保存一个内存地址，而指向指针的指针只是将内存地址保存到另一个内存地址，这是我们真正想要的简短的面包屑路径。

然而，既然我正在引入 malloc() 来扩展分配的内存量，我似乎忽略了正在发生的事情。事实上，我已经完全不知道该如何看待记忆了。

所以，一个字符占用一个字节，对吗？ 如果我理解正确，那么由一个 char* 占用一个字节的内存？ 如果我们有一个：

char* str = "hello"

假设它占用 6 个字节的内存（包括空字符）可以说安全吗？

而且，如果我们想为一些在编译时未知的“大小”分配内存，那么我们需要动态分配内存。

int size = determine_size();
char* str = NULL;
str = (char*)malloc(size * sizeof(char));

到目前为止，这在语法上是否正确？ 现在，如果你要判断我的解释。我们告诉编译器我们需要为字符保留“大小”数量的连续内存。如果 size 等于 10，那么 str* 将指向 10 个内存地址中的第一个地址，对吗？

现在，如果我们能更进一步。

int size = determine_size();
char* str = NULL;
file_read("filename.txt", size, &str);

这是我的脚开始离开地面的地方。我的解释是 file_read() 看起来像这样：

int file_read(char* filename, int size, char** buffer) 
    // Set up FILE stream 

    // Allocate memory to buffer
    buffer = malloc(size * sizeof(char));

    // Add characters to buffer
    int i = 0;
    char c;
    while((c=fgetc(file))!=EOF)
         *(buffer + i) = (char)c;
         i++;
    

将字符添加到缓冲区并分配内存是我似乎无法理解的事情。

如果 **buffer 指向 *str 等于 null，那么我如何为 *str 分配内存并为其添加字符？

我知道这很长，但我很感谢大家花时间阅读这篇文章！如果我能澄清任何事情，请告诉我。

编辑：

哇，我的代码现在可以运行了，非常感谢！

虽然，我不知道为什么会这样：

*((*buffer) + i) = (char)c;

【问题讨论】：

buffer = malloc(size * sizeof(char)); --> *buffer = malloc(size * sizeof(char));

str = (char*)(size * sizeof(char); 应该是 str = (char*)malloc(size * sizeof(char);

char c; while((c=fgetc(file))!=EOF) *(buffer + i) = (char)c;i++; --> int c; while((c=fgetc(file))!=EOF && i < size-1) (*buffer)[i++] = c; (*buffer)[i] = 0;

那是小说，不是问题。学习How to Ask并提供minimal reproducible example。

@FaridKaradsheh 正如 BLUEPIXY 指出的那样，变量 c 应该声明为 int 类型而不是 char 因为通常 char 可以表现为无符号字符。在这种情况下，条件 (c=fgetc(file))!=EOF 将始终为真。:)

【参考方案1】：

那么，一个字符占用一个字节，对吗？

是的。

如果我理解正确，默认情况下 char* 占用一个字节的内存。

您的措辞有些模棱两可。 char 占用一个字节的内存。一个char * 可以指向一个char，即一个字节的内存，或者一个char array，即多个字节的内存。

指针本身占用了不止一个字节。确切的值是实现定义的，通常是 4 字节（32 位）或 8 字节（64 位）。您可以使用printf( "%zd\n", sizeof char * ) 检查确切的值。

如果我们有一个char* str = "hello"，可以假设它占用 6 个字节的内存（包括空字符）吗？

是的。

而且，如果我们想为一些在编译时未知的“大小”分配内存，那么我们需要动态分配内存。

int size = determine_size();
char* str = NULL;
str = (char*)malloc(size * sizeof(char));

到目前为止，这在语法上是否正确？

Do not cast the result of malloc。 sizeof char根据定义总是1。

如果 size 等于 10，那么 str* 将指向 10 个内存地址中的第一个地址，对吗？

是的。嗯，差不多。 str* 没有意义，它是 10 个 chars，而不是 10 个内存地址。但是str 将指向 10 个chars 中的第一个，是的。

现在，如果我们能更进一步。

int size = determine_size();
char* str = NULL;
file_read("filename.txt", size, &str);

这是我的脚开始离开地面的地方。我的解释是file_read() 看起来像这样：

int file_read(char* filename, int size, char** buffer) 
    // Set up FILE stream 

    // Allocate memory to buffer
    buffer = malloc(size * sizeof(char));

没有。你会写*buffer = malloc( size );。这个想法是，您在函数内部分配的内存可以由函数的调用者寻址。所以调用者提供的指针——str，在调用时是NULL——需要改变。这就是调用者传递str 的地址 的原因，因此您可以将malloc() 返回的指针写入该地址。在你的函数返回后，调用者的str将不再是NULL，而是包含malloc()返回的地址。

buffer是str的地址，按值传递给函数。分配给buffer 只会改变那个（本地）指针值。

另一方面，分配给*buffer 与分配给str 相同。在您的file_read() 返回后，调用者将“看到”对str 的更改。

---

虽然，我不知道为什么会这样：*((*buffer) + i) = (char)c;

buffer 是str 的地址。 *buffer 基本上与 str 相同——指向 char（数组）的指针。 (*buffer) + i) 是指针算术 - 指针 *buffer 加上 i 表示指向数组的第 i 个元素的指针。 *((*buffer) + i) 正在取消引用指向 ith 元素的指针——单个 char。 然后分配给它(char)c。

做同样事情的更简单的表达式是：

(*buffer)[i] = (char)c;

【讨论】：

我现在意识到我忘记了 malloc()。我没有完全复制我的来源。它会是 10 个还是 11 个内存地址中的第一个（空字符 +1）？谢谢，最后一点真的为我澄清了！另外，既然 char 等于 1，那么我们就不需要使用 sizeof() 了，对吧？这将使代码更有效。

次要：“可以放心地假设它占用了 6 个字节”——更可能的是 6 用于文字，4 或 8 用于指针。

@chux 是 4 还是 8 由于用零填充位置？

@FaridKaradsheh：我也不太清楚 chux 是什么意思。指针本身占用了一些空间——现在通常是 4（32 位）或 8（64 位）字节。它指向的字符串字面量占用 6 个字节—— 5 个用于字符，1 个用于终止空字节。但是您指的是指针 指向 的内容，而不是指针本身占用的空间。

@FaridKaradsheh 取决于实现。

【参考方案2】：

char **buffer，buffer 代表指向 char 的指针，*buffer 访问指向 char 的指针，**buffer 访问 char 值本身。

要传回指向新字符数组的指针，请写入*buffer = malloc(size)。

要将值写入 char 数组，请写入 *((*buffer) + i) = c，或（可能更简单）(*buffer)[i] = c

看下面的 sn-p 演示发生了什么：

void generate0to9(char** buffer) 

    *buffer = malloc(11);  // *buffer dereferences the pointer to the pointer buffer one time, i.e. it writes a (new) pointer value into the address passed in by `buffer`
    for (int i=0;i<=9;i++) 
        //*((*buffer)+i) = '0' + i;
        (*buffer)[i] = '0' + i;
    
    (*buffer)[10]='\0';


int main(void) 

    char *b = NULL;
    generate0to9(&b);  // pass a pointer to the pointer b, such that the pointer`s value can be changed in the function 
    printf("b: %s\n", b);
    free(b);
    return 0;

输出：

0123456789

【讨论】：

那么，'*buffer = malloc(size)' 正在改变 *str?我也是这么想的。你能解释一下你的第三段/句子中发生了什么吗？

@Stephan Lechner *buffer[i] = c;是无效语句 应该是 (*buffer)[i] = c