C语言——关于指针（逐渐清晰版）

为了更好地理解本篇文章的知识内容，读者可以将以下文章作为补充知识进行阅读 

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目录

1. 内存和指针（地址）

1.1 内存的介绍

1.1.1内存的划分

1.2 指针和地址

2. 指针变量和地址

2.1 取地址操作符&

2.2 指针变量

2.2.1 指针变量的定义

2.2.2 指针变量的类型

2.2.3 指针变量的大小 

2.3 解引用操作符*

3. 指针计算

3.1 指针+-整数

3.2 指针-指针

3.3 指针的关系运算

4.野指针

4.1 野指针的成因

4.2 避免野指针

1. 内存和指针（地址）

1.1 内存的介绍

在计算机中，有各种各样的数据，他们的存储需要在内存中划分空间，计算机中的内存空间大小是有限的。如果把数据比作水，内存就是用以承载水的容器，而我们知道在生活中容器的大小都是有限的。因此我们可以 更好地理解内存之于数据的意义。

1.1.1内存的划分

一个整型变量a= 10存储在程序中需要占据4个字节的内存空间大小，而数据的单位是多种多样的，那我们在内存中应该按照何种单位进行空间划分呢？

为了内存空间的高效管理，内存被划分为一个个的内存单元，而每个内存单元的大小为1字节。

​

其中，一个bit位可以存储一个二进制的0或1，一个字节可以存储8个bit位，即一个内存单元能存储8个bit位。​

在内存中存储的数据需要通过CPU的处理，那么CPU又是如何读取这些数据的呢？

1.2 指针和地址

我们打个比方，当我们在入住一个酒店时，服务员会给我们对应的 房号和房卡，这样我们就能快速找到对应的房间。CPU和内存中的数据传输也是同样的道理，他们之间通过很多的地址总线进行连接，每根线只有两态，表示0或1（联想到二进制），那么通过地址总线不同的脉冲组合形成的这样一个二进制数字，就是对应数据的地址编码，即地址。

所以我们可以理解为：

内存单元的编号 == 地址 == 指针

2. 指针变量和地址

2.1 取地址操作符&

我们在学习scanf函数时知道，scanf函数除格式化字符串以外的参数代表的都是地址。

当我们在创建变量的时候，他会向内存申请空间，我们想知道他具体的地址编号时就需要用到操作符&，示例如下：

​

 如图创建的整型变量a，通过查看内存，我们知道他的地址即指针为0x00000099588FFB14-0x00000099588FFB17（x64环境下），共四个字节；但如果我们对a的地址进行打印的话（x86环境下，更加便于查看），结果又是怎样的呢？

​

我们会发现，他只打印了一个地址编号，这是因为一个数据进行存储时，他的内存空间都是连续的，打印的往往是最低的那个地址编号，进而根据数据的内存大小，从低往高访问对应数据。

经过多次尝试我们会发现，每一次变量的地址都是在发生变化的，这是因为在每次运行程序时，操作系统的内存分配情况存在差异，所以分配给变量的具体内存地址是不同的。

2.2 指针变量

2.2.1 指针变量的定义

那么通过取地址操作符&得到的地址我们又该将他存储在哪呢？为了方便提取这些指针的数据，C语言中用指针变量作为他的容器。如：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int * pa = &a;//取出a的地址并存储到指针变量pa中return 0;

此时的pa就是一个指针变量，而他的类型为int *； 

指针变量也是⼀种变量，这种变量就是⽤来存放地址的，存放在指针变量中的值都会理解为地址。

 在C语言中，地址就是指针，指针就是地址。

2.2.2 指针变量的类型

由上我们知道的一种指针变量类型为int *，我们应该怎么去理解他呢？

我们单独看int * pa = &a这段语句可以知道，a为整型变量，pa存储的是a的地址。由此知道：

int 代表pa存储的指针所指向的数据a的类型（整型），* 表明pa为指针变量。

a和pa分别都在内存中划分了属于他们自己的空间。

​

那么字符类型的变量a，他的地址又该放在上面类型的指针变量中呢？

我们可以进一步推导如下：

int main()
{char a = '2';char* pc = &a;//字符指针pc，类型为char *return 0;
}

2.2.3 指针变量的大小 

在介绍内存中，我们知道地址的编号是由地址总线输出的信号转换得到的，32位机器假设有32根地址总线，他们产生的二进制序列作为一个地址，那么一个地址就是32个bit位，需要4个字节的存储空间，指针变量的大小就是 4个字节。

#include <stdio.h>
//指针变量的⼤⼩取决于地址的⼤⼩
//32位平台下地址是32个bit位（即4个字节）
//64位平台下地址是64个bit位（即8个字节）
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(char *));printf("%zd\n", sizeof(short *));printf("%zd\n", sizeof(int *));printf("%zd\n", sizeof(double *));return 0;
}

在x64环境下，即64位操作系统 ​

结论：

1. 32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节

2. 64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节

注：指针变量的大小和类型是无关的，同样指针类型的变量，在相同平台下，大小都是相同的

2.3 解引用操作符*

那么对于指针变量，他们应该如何使用呢？这里我们将介绍一个关键的操作符——解引用操作符*

 他相当于是一把钥匙，指针变量是对应的地址，指针变量指向的数据相当于被存储在对应的地址，但我们无法直接操作他，因此需要通过钥匙打开这道壁垒，这样我们在不直接使用数据变量时，也能对数据进行相应的操作。示例如下：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 100;int* pa = &a;*pa = 0;//找到变量a，并通过*打开操作他的权限return 0;
}

 我们会发现，通过解引用，*pa就相当于变量a，我们能够对他进行重新赋值

由2.1中我们知道，指针变量会存储数据空间中最小的地址编号，整型指针变量解引用时，他会向上访问四个字节的内存空间，我们思考一下，如果我们使用字符指针变量对&a进行访问，能得到正确的数据么？

在int *整型指针下，我们打印读取的整型变量数据是正确的（十六进制11223344转为十进制为287454020‬）

 当我们使用char *字符指针对整型变量n进行读取时，我们发现，他仅读取了n内存空间中的一个内存单元，数据为十六进制的44，转为十进制为68。

在这里我们可以发现，不同的指针变量所访问的内存空间大小也是不一样的，因此学习指针变量的类型也是十分关键的。

注：在进行地址存储时，指针变量的类型应该和地址的类型相对应，在代码中我们可以看到(char*)&n,由于&n的类型为int *，我们用char *的指针变量接收他，两者类型不同，为了使指针变量pc能够顺利存储n的地址，我们需要对&n进行强制转换，如果不进行强制转换，编译器会发出警告。（编译器会进行隐式转换类型）

结论：指针的类型决定了对指针解引⽤的时候有多大的权限（⼀次能操作几个字节）。

如： char* 的指针解引用就只能访问⼀个字节，而 int* 的指针的解引用就能访问四个字节。

3. 指针计算

3.1 指针+-整数

3.2 指针-指针

3.3 指针的关系运算

4.野指针

4.1 野指针的成因

4.2 避免野指针