掌握 C 语言指针,轻松解锁代码高效性与灵活性
1. 指针与地址
1.1 概念
我们都知道计算机的数据必须存储在内存里,为了正确地访问这些数据,必须为每个数据都编上号码,就像门牌号、身份证号一样,每个编号是唯一的,根据编号可以准确地找到某个数据。而这些编号我们就将其称为地址或者指针
1.2 指针变量
数据在内存中的地址称为指针,如果一个变量存储了一份数据的指针(地址),我们就称它为指针变量。
那我们如何使用指针变量呢?
datatype *name;
*
表示这是一个指针变量,datatype
表示该指针变量所指向的数据的类型
例如:
1.3 &和*
我们早在学习 scanf 时候就用过取地址符 &,它是将某个变量的地址取出来,而解引用*的意思就是通过某个地址找到该地址存储的变量。可能解释起来比较抽象,我们可以通过一个不恰当的例子形象说明一下。
首先我们可以得到如下几个关系:
然后我们可以通过指针变量把他们地址存储进去
在酒店中,我们可以通过门牌号准确找到每个客户。同理,我们也可以通过每个地址准确找到每个变量。
输出结果 a=1 b=2 c=3
并且我们可以通过指针变量进行赋值。
输出结果:a=4 b=5 c=6
1.4 void*指针和 NULL
(1)void*是一种特殊的指针类型,它可以指向任意类型的数据,就是说可以用任意类型的指针对 void 指针赋值。
但是却不能把 void*指针赋值给任意指针类型,也不能直接对其解引用
(2)NULL 是 C 语⾔中定义的⼀个标识符常量,值是 0,0 也是地址,这个地址是⽆法使⽤的,读写该地址会报错。
1.5 指针变量的大小
我们知道,现在常见的计算机分为 32 位机器和 64 位机器。32 位机器假设有 32 根地址总线,每根地址线出来的电信号转换成数字信号后是 1 或者 0,那我们把 32 根地址线产⽣的 2 进制序列当做⼀个地址,那么⼀个地址就是 32 个 bit 位,需要 4 个字节才能存储。同理,64 位机器需要 8 个字节才能存储。
我们可以通过以下代码来验证一下。
输出结果:
32 位机器:4 4 4 4
64 位机器:8 8 8 8
2. 指针的基本运算
2.1 指针+-整数
我们先观察一下如下代码的地址变化
输出 :
&n=005DF8D4p1=005DF8D4p1+1=005DF8D5p2=005DF8D4p2+1=005DF8D8
我们可以看出, char* 类型的指针变量+1 跳过 1 个字节, int* 类型的指针变量+1 跳过了 4 个字节。由此我们得出结论:指针的类型决定了指针向前或者向后⾛⼀步有多⼤(距离)。
因为每次代码运行时,系统都会重新分配内存,所以输出结果每次都不会一样,但是规律是一样的
我们知道数组在内存中是连续存储的(地址由低到高),所以我们只需要只要首元素的地址就能找到数组所有元素的地址,而一维数组的数组名恰恰就是我们首元素的地址。
那我们如何通过指针访问每个元素呢?
代码参考如下:
输出结果:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2.2 指针-指针
指针-指针其实是指在同一空间内,两个指针之间的元素个数。
知道这点之后,我们可不可以自己实现一个字符串库函数 strlen()呢?
思路如下:
思路:首先定义两个指针 p1,p2,让两个指针指向首元素,然后让一个指针 p2 循环++,直到指向‘\0’就停止,最后返回 p2-p1,就能得到字符串的长度
代码如下:
2.3 指针的关系运算
我们知道了指针变量本质是存放的地址,而地址本质就是十六进制的整数,所以指针变量也是可以比较大小的。
代码示例:
3. const 修饰
我们知道变量是可以改变的,但是在有些场景下,我们不希望变量改变,那我们该怎么办呢?这就是我们接下来要讲的 const 的作用啦。
3.1 const 修饰变量
简单来说,经过 const 修饰的变量,可以当做一个常量,而常量是不能改变的。
但是可以通过指针间接修改.
代码如下:
3.2 const 修饰指针我们知道 const 的作用后,就可以看看下面几段代码。
通过测试我们发现,*p 无法改变成 20,但是 p 可以改变成 p+1.
那如果把 const 调换一下位置,又会出现什么情况呢~
再次测试之后我们发现,*p 可以被赋值为 20,但是 p 不能赋值为 p+1 了
通过上述测试,我们大致可以总结出两个结论。
• const 如果放在的左边,修饰的是指针指向的内容,保证指针指向的内容不能通过指针来改变。但是指针变量本⾝的内容可变。• const 如果放在*的右边,修饰的是指针变量本⾝,保证了指针变量的内容不能修改,但是指针指向的内容,可以通过指针改变。
4. assert 断言
assert 是一个宏,它的头文件为<assert.h>,⽤于在运⾏时确保程序符合指定条件,如果不符合,就报错终⽌运⾏。这个宏常常被称为“断⾔”。
举一个简单的例子:
如果 a 的确大于 0,assert 判断为真,就会通过。
如果 a 不大于 0,assert 判断为假,就会报错。
所以 assert 常常用于检查空指针问题,以防止程序因为空指针的问题而出错。
5. 传值调用与传址调用
5.1 传值调用
我们前面学习函数时候,遇到过这样一段代码。
输入:3 5
输出:交换后 a=3 ,b=5
为什么两个值并没有交换呢,这是因为形参只是实参的一份临时拷贝,对形参改变,根本不会改变实参。如果忘记的同学可以再去温习一下
5.2 传址调用
那我们想在函数中改变实参的值,那又该如何改变呢?
其实很简单,我们学了指针,知道可以通过地址间接访问该变量的值,所以我们只需要把地址传给函数,在函数中通过地址访问实参,并进行交换。
代码如下:
6. 野指针
概念: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)
6.1 野指针成因
(1)指针未初始化
因为 p 是随机值,所以对 p 解引用,系统无法通过 p 的地址找到对应的空间,所以出错造成野指针
(2)数组越界访问
一般出现这种较大的随机值,一般都是数组越界访问
(3)指针指向空间释放
这段代码乍一看,好像并没有什么问题,但是大家在学习函数的时候知道,在函数中定义的变量是临时变量,一旦出了作用域就会销毁。
一旦销毁,系统就无法访问该空间,而通过指针我们还可以访问该空间,这就造成了冲突,所以出错,造成野指针。
6.2 解决方法
(1) 初始化
NULL 是 C 语⾔中定义的⼀个标识符常量,值是 0,0 也是地址,这个地址是⽆法使⽤的,读写该地址会报错。如下是 NULL 在编译器中的定义:
ifdef __cplusplus
define NULL 0
else
define NULL ((void *)0)
endif
(2) 小心越界访问
我们在使用数组时候,一定要对数组的元素个数有一个清晰的把控,不然就很容易出现越界访问的情况。
(3) 不能返回临时变量的地址
临时变量出了作用域就会销毁,系统会回收该空间,所以我们要尽量避免指针指向已经销毁的空间,尤其在函数中,不能返回临时变量的地址。
文章转载自:Betty’sSweet
评论