C语言学习笔记——指针（初阶）

news2024/11/16 11:55:24

前言

指针可以说是C语言基础语法中最难的理解的知识之一，很多新手（包括我）刚接触指针时都觉得很难。在我之前发布的笔记中都穿插运用了指针，但是我一直没有专门出一期指针的笔记，这是因为我确实还有些细节至今还不太清楚。本篇将分享我对指针的理解，欢迎各位大佬批评指正。

一、指针是什么？

我们平常所说的指针其实就是指针变量，是一种用来存放地址的变量。地址就是某一变量或函数的地址，当我们需要调用某一变量或函数时，可以通过该变量或函数的地址找到并调用。因此，当指针变量中存放了一个变量的地址时，我们就可以通过该指针找到其所指向的变量。

就像在现实当中，我们知道一个朋友家的地址，才能找到这个朋友的家。

　　在32位系统上，所有指针变量的大小均为4字节。在64位系统上为8字节。

二、常见的指针类型

常见指针类型可以和常见的数据类型一一对应，例如整型指针对应整型，浮点型指针对应浮点型。需要注意的是，结构体变量的数据类型为“struct + 结构体名”，定义结构体指针时需要将类型写全。

int* pi = NULL; //整型指针
char* pch = NULL; //字符型指针
float* pf = NULL; //単精度浮点型指针
double* plf = NULL; //双精度浮点型指针
sturct stru* ps = NULL; //结构体指针
FILE* pF = NULL;//文件指针
void (*test)() ptest = NULL; //函数指针

上图即各种常见的指针类型的定义方式，例如 " pi " 为 " int* " 类型的指针（变量pi的数据类型为" int* "），即整型指针、" ps " 为 " struct stru* " 类型的指针，即该结构体类型的指针，而 " ptest " 为 " void (*)() " 类型的函数指针。

图中的所有的指针均被初始化为NULL。NULL为空指针，其数值为0。

三、野指针

野指针就是指向未知地址的指针。

当我们定义了一个指针变量后，如果不直接初始化为所需存放的地址，则应初始化为空指针NULL。否则该指针将会成为野指针。

野指针有什么危害呢？当我们创建一个变量时，编译器会向内存申请一块空间来存放该变量，这块空间为合法空间，我们使用指针访问该空间即为合法访问。而野指针指向的随机地址可能并非合法空间，当我们使用野指针时就会产生非法访问。

因此，当我们创建一个指针变量后，如果不要立即使用，则最好将其初始化为空指针，以避免造成非法访问。

四、指针的基本用法

1. 指针的赋值和解引用

当我们创建一个指针变量后，我们应该如何使用该指针变量来存储一个对应数据类型的数据呢？又该如何使用该指针来找到其所指向的数据呢？这里以整型指针为例。我们来看看以下代码，printf函数的打印值为多少呢？

int main()
{
    int a = 10;
    int* pa = &a;
    int b = *pa;
    printf("%d\n",b);
    return 0;
}

首先介绍一下上方代码出现的两种操作符：

1、取地址操作符 "&" ：用来取出变量的地址，例如&a的值就是a的地址。

2、解引用操作符 " * " ：用来解引用指针变量，使用指针所指向的数据，例如*pa的值即为a的值。这里需要注意区分 " int* " 中的 * 和解引用操作符 " * "，前者" int* "为一个整体，代表一种数据类型，而后者为一种操作符。

我们来逐条分析上方代码。

第一行，定义变量a并初始化为10。第二行，定义指针变量pa，并初始化为a的地址。第三行，定义变量b，并初始化为pa所指向的变量，即b被初始化为10。因此printf函数打印的值为10。

2. 函数传参

函数传参分为传值调用和传址调用两种。传值调用指直接将变量传给函数，而传址调用则是将变量的地址传给函数。这里我通过一个简单的函数来介绍这两种传参方式的区别。

2.1 传值调用

如图为一段传值调用的代码，我们将x初始化为0，并将x，10作为参数x，y传入test函数，在test函数中，x被赋值为y，那么为什么最后printf函数打印出来的x值为0呢？

首先我们要明白一点，main函数中的x与test函数中的x不是同一个变量，因此test函数中的x被赋值为10并不会影响main函数中的x的值，main函数中的x也就还是0。

如果我们希望使用传值调用实现上述逻辑，应对代码进行如下修改。

通过函数返回值的方式对main函数中的x进行赋值即可。

2.2 传址调用

这段代码与传值调用的第一段代码类似，将test函数参数中的(int)x换成了(int*)px。在test函数中，通过解引用px的方式找到x，并进行赋值操作，这样操作又可以实现上述逻辑，这是为什么呢？

首先我们要搞清楚一点，每个变量被创建出来时都会占用一部分内存空间，在该变量被销毁之前，其占用的空间是不变的。当我们拥有该变量的地址时，我们可以在它未被销毁的任何位置通过其地址找到该变量。

在上面这段代码中，main函数中的x在main函数结束时才被销毁，那么在main函数调用test函数时，x并未被销毁，因此在test函数中，我们可以通过x的地址px找到并给x赋值。

2.3 用法总结

传值调用和传址调用不分绝对的好坏，需要根据实际情况选用不同的方式。

当不需要改变参数值，只需要调用参数参与函数运算时，多使用传值调用。

当需要改变参数值时，多使用传址调用。

五、指针运算

指针运算的知识多用于与数组结合的问题。

1. 指针 +(-) 整数

这段代码分别打印了p-1、p和p+1（地址的格式符为%p，打印值为十六进制）。我们可以发现，指针通过加减整数得到的值仍然为指针。

在此图中，指针+1，地址+4。这是因为图中的指针为整型指针(int*)，一个整型的大小为4个字节，指针+1的含义是跳过一个整型，也就是跳过4个字节，即地址+4。同理，如果是一个字符指针(char*)+1，则跳过一个字节，地址+1；如果是双精度浮点型指针(double*)+1，则跳过八个字节，地址+8。

2. 指针 - 指针

根据上述指针+(-)整数的知识，我们可以推出，指针-指针的值应该为整数。

这里我通过字符指针为例（字符指针每次+1跳过一个字节，更加直观）。上图中，pa为低地址，pb为高地址，差值为32。pa-pb为低地址-高地址，结果为负的差值，即-32，同理，pb-pa则为32。

六、二级指针

我们知道，一个整型指针(int*)可以存储一个整型(int)变量的地址。那么作为一个指针变量，我们同样可以使用一个指针来存储它的地址。

我们来逐一分析上方代码。首先pa为指向a的指针，它的类型为整型指针(int*)，而ppa为指向pa的指针，它的类型为整型指针指针(int**)。这就是所谓的二级指针。我们同样可以通过二级指针找到最终的变量值。首先进行一次解引用找到其所指向的一级指针，再次解引用即可得到变量值，如图中" **ppa "。

当然，有二级指针，同样也有三级，四级甚至更高级数的指针，它们的底层逻辑与二级指针相同，这里就不过多解释了。