代码钢琴家 阅读(82) 评论(0)

很多人不敢讲C的指针,有些人讲不清,有些人怕讲错。初生牛犊不怕虎,就让我讲讲。

下面开始。

 

一、指针的定义 

        指针是内存单元的编号。内存单元是以字节为单位的。所以指针就是字节的编号。    

比如我们的个人电脑,内存一般4GB吧,那么一共就有 :   4*1024*1024*1024 = 4294967296 字节,也就是4294967296个编号。一个字节拥有一个编号,

范围从 0  ~  4294967296-1 。

 画个图表示:(注意字节由8位bit组成,为了直观我没画出来

但是呢,一般我们是用16进制来表示的这些编号,但效果都一样。

 

二、变量与内存的关系

       现在我们来看C 变量在内存中的样子。我们使用自动变量(局部变量)来讲解。

       int   a  =  5;    //假设a存储在编号为0x02开始的位置

      

说明:

      内存可以存储数据,所以我们把每个字节当做是一个“箱子”。数据存入内存就好比在箱子里面放数据

      但是C语言的不同数据类型占用的字节数是不都一样的,所以,每种数据类型占的”箱子”的个数不都一样。

      比如char型,只要一个字节就够了,所以一个字符只需一个“箱子”。

      而int型需要4(一般是4个字节)个“箱子”才放得下。

      double型则需要8个“箱子”。

 

来分析上图中用橙色框起来的4个字节的内存块,这里就存储了a这个变量。

我们从4个方面去讨论这个内存块:

1、内存的数据

     我们的变量赋值为5,所以内存的数据就是    0000 0000    0000 0000     0000 0000    0000 0101   (大端模式)

                     每个字节地址:                        0x02             0x03               0x04             0x05

  

2、*内存的名字  (对于我们的程序使用的内存来说,并不是每一个内存块都有名字

     名字就是变量名a

3、内存的地址

     变量a占用了4个字节,那么,哪一个字节的地址,才是变量a的地址呢?答:第一个低地址字节的地址,也就是0x02

4、内存的宽度

     这里的a变量占用了4个字节,这就是他的宽度。

     这里提一下,为后面讲指针的宽度做铺垫   :)

 

三、定义和使用指针变量

       什么是指针变量。我们知道int类型变量用来存储整形值,12、1003、9823......

那么,同样的道理,指针变量就是用来保存地址的变量。

定义指针变量:在指向的变量的类型上加个* ,如下:

 

   int* p_int;        //指向int类型变量的指针 
     
    double* p_double;  //指向idouble类型变量的指针 
    
    int(*p_func)(int,int);  //指向返回类型为int,有2个int形参的函数的指针 
    
    int(*p_arr)[3];        //指向含有3个int元素的数组的指针 
    
    struct Student *p_struct;  //结构体类型的指针 
     
    int** p_pointer;  //指向 一个整形变量指针的指针 

 

既然我们已经定义指针变量了,那么接下来就用指针变量来存储其它变量的地址。

取地址符号 &

#include<stdio.h>

int Add(int a,int b);

struct Student
{
     int age;
     double score;
     char name[31];
   
};


int main(void)
{
    
    int val_int =100 ;
    double val_double  = 12.00;
    
    int arr[3]={1,2,3};
    
    struct Student stu={
        19,
        98.00,
        "Jack"
    };
    
    
    int*p = NULL;
    
    /**********************************************************/
    
    int* p_int = &val_int;        
     
    double* p_double = &val_double;  
    
    int(*p_func)(int,int) = &Add;  //or  =Add 
    
    int(*p_arr)[3]  = &arr;  
    
    struct Student *p_struct = &stu;  
     
    int** p_pointer = &p;  
    
    
    
    return 0;
}



int Add(int a,int b)
{
    
    return a+b;
    
}

 

四、指针的属性和使用

       我认为指针有2个属性: ①指针的值   ②指针的宽度    

       指针的值很好理解,比如第一个例子   int a = 5;   int*p = &a;   那么p的值就是a的地址0x02

       指针的宽度:由指针的类型决定。

       如果说指针的值标记了某个数据在内存的起始位置,那么,指针的宽度就决定了从起始地址

       对应的字节开始,往后还有多少个字节,也是属于这个内存数据的。

       生活情景:“老王,去帮我去仓库拿个货,我的货从78号箱开始,并且有2个。” 于是老王取出 78和79号箱子的货物递给你

                     假如你对老王说:“老王,帮我去仓库取我的货,我的从78号箱开始,一共

                     有几个箱子,我也记不住了” “那我怎么取,取少了你就有损失了,取多了别人也不干了,你不要难为我啊”

     

 

      这点我的另一篇随笔也讲到了  .             

       

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    
    int a =256 ;
    
    int* p=&a;
    
    printf("%d\n",   *((unsigned char*)p)    ); //读取内存数据时,取的宽度的比存时的宽度小,数据缺失 
    
    
    return 0;
}

 

#include<stdio.h>
int main(void)
{
    int arr[2] = {1,2};
    
    arr[2] = 100;     //ops! 访问越界 
    return 0;
}

 

      前面我们讲了内存块的4点要素,第4点就是内存块的宽度,他是和指针的宽度是一一对应的。一个指针变量指向了这个内存块,

      那么指针的宽度就是这个内存块的宽度。这也表明,我们在使用指针的时候,不要越界,也不要取少,取少了取出的数据会不完整,

      越界就更严重了,程序会挂掉的,因为你访问了不属于你的内存。

 

 

 

扩展:有木有 没有宽度的指针呢?  答:这个可以有   void* p;

void* 类型的指针对应与C#  or java中的Object类型变量,它可以指向任何类型变量。 不过他只保存了内存的起点,没有保存宽度信息,如果你想

取出原来的数据,你必须做出正确的强制转换。

 

   

五:一对相反操作的运算符   *    和   &

 

& 取地址符       &a 就获取了a的指针,然后我们就可以用int*p变量出承接这个地址    p = &a; 我们就说p指向了a

                  

 

* 解地址符       *操作符有一个很形象的动词  :解  。p保存了a的起始地址和延续宽度,那么,*p则是确定起始地址,量出宽度,

                     获取这个内存块。 因此我们可以通过a 的地址p去操作(读/写)这个内存块了。
 

p也是一个变量,他自己也有地址,这就长产生了指针的指针。

 

 

 

六、为什么要使用指针       

你可能会问:我有变量名,为什么还要绕一转,用指针去使用内存数据?

但并不是这样,下面是2个例子。

   ①通过动态申请的内存是匿名的,没有名字,只能通过指向这块内存的指针去使用。  

     malloc()     realloc()       calloc()    这里不扩展了。

 

   ②一个经典的题目:用函数交换2个变量的值。

 

#include<stdio.h>
void swap_2b(int a,int b);
void swap_hack(int *pa,int *pb);
void swap_normal(int*pa,int*pb);


int main()
{
    int a = 5;
    int b = 3;
    swap_2b(a,b);           //Can`t swap;
    swap_normal(&a,&b);    //OK
    swap_hack(&a,&b);      //OK
    
    
    return 0;
} 

//2b青年写的函数 
void swap_2b(int a,int b)
{
    int t;
    t=a;
    a=b;
    b=t;

}

//程序员写的函数 
void swap_normal(int*pa,int*pb)
{
    int t;
    t=*pa;
    *pa=*pb;
    *pb=t;
    
    
}

//黑客写的函数 
void swap_hack(int *pa,int *pb)
{
    *pa = *pa^*pb;
    *pb = *pa^*pb;
    *pa = *pa^*pb;
    
}

我们发现只有2b青年没用指针哈。

原因很简单,C语言函数是按值传递的,2b青年写的代码之所以达不到效果是因为它操作的内存块错了。

无论他在函数里面怎么换a和b的值,main函数中的a和b都不会变。因为swap函数中的a和b是随函数调用新生成的变量,是副本,而不是源对象。

但是传递指针就不一样了,因为内存数据的指针是独一无二的。一个人有唯一的身份证一样。

 

 

 

七、野指针和NULL指针

 指针变量在使用前或者使用完,好的习惯是赋值为NULL ,NULL 是编号为0的字节的地址。指向NULL表示不指向任何变量。

NULL就像剑鞘,野指针就像暗箭,如果你不像被暗箭所伤,就让他归鞘。 

 

 

最后:由于内容比较多,可能有许多地方表达不当,或有疏漏,错误,希望大家及时指出,谢谢 : )