引言

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🔔 上一篇：【016】C++预处理详解（内存分区、变量的存储、头文件、宏等）

一、内存概述

对于32位平台的进程，其内存空间大小限制为4GB（2的32次方），其中1GB是操作系统保留的虚拟地址空间。因此，32位进程最多只能使用3GB的内存空间。

而对于64位平台的进程，其内存空间大小限制高达16EB（2的64次方），实际上远远超过了目前可用的物理内存容量。这意味着64位进程可以利用更多的内存资源来提高应用程序性能和响应速度。

系统为内存的每一个字节分配32 bit / 64 bit 的地址编码（虚拟地址），这个编号称为地址。

无论任何类型的地址，都是存储单元的编号，在32位平台上永远占4字节，在64位平台上永远占8字节。

取地址得到的是首地址。

二、指针变量

2.1、地址和指针变量的关系

地址就是内存的地址编号。
指针变量本质上是变量，只是该变量保存的是内存的地址编号，而不是普通数值。

2.2、定义指针变量

格式：

<类型名> *<变量名>;

示例：

int *data;
short *data;
long data;
double data;
char *data;
float *data;

无论任何类型的指针变量，在32位平台上永远占4字节，在64位平台上永远占8字节。

指针变量和普通变量间建立关系：

int num;
int *p;
p=#//取地址，p指向num
*p=10;//取内容、内容赋值

2.3、指针变量的初始化

指针变量在操作前必须指向合法的地址空间。
（1）指针变量如果不初始化，立即操作会出现段错误。
（2）指针变量如果没有指向合法的空间，建议初始化为nullptr 或 NULL。不要操作指向nullptr 或 NULL的指针变量。
（3）将指针变量初始化为合法的地址：变量地址、动态申请的地址、函数入口地址等。

int num;
int *p=NULL;
p=#

2.4、指针类型

（1）指针变量自身的类型：把变量名去掉，剩下的就是指针类型。

int num;
int *p;//指针类型为int *
// p是指针变量
p=#
// 使用时，&和*相遇，从右往左依次匹配。
*&p==p;

（2）指针变量指向的类型。

int *p;//p指向的类型是int

（3）指针变量的指向类型决定取值宽度。

（4）指针变量的指向类型决定了 +1 跨度。

（5）*p等价于num

int num=0;
int* p=#
// *p == num

2.5、案例

int num=0x01020304;

案例一，取出0x0102的值：

short *p=(short *)#
short get=*(p+1);

案例二，取出0x02的值：

char *p=(char *)#
char get=*(p+2);

案例三，取出0x0203的值：

char *p=(char *)#
short get=*(short *)(p+1);

2.6、注意事项

（1）void不能定义普通变量。因为系统无法计算void的大小，无法开辟空间。
（2）void* 可以定义指针变量，因为系统知道指针变量永远是4字节或8字节。此时的指针变量就是万能的一级指针变量，能保存任意一级指针的地址编码。万能指针一般用于函数的形参，达到算法操作多种数据类型的目的。

int num=0;
void *p=#

short num2=10;
p=&num2;

注意，不要直接对void * 的指针变量取 *，如果一定要对void * 的指针变量取值 *，就不行强转才行。

int num=0;
void *p=#

cout<<(int *)p<<endl;

（3）指针变量未初始化不能取 *。
（4）指针变量初始化为NULL或nulptr，也不能取 *。
（5）指针变量不要越界访问。

char ch=0;
int *p=&ch;//越界

char *p2=&ch;
p2++;//越界

三、数组元素的指针

3.1、概述

数组元素的指针是指向数组中单个元素的内存地址。在C和C++语言中，数组名可以被解释为指向数组第一个元素的指针，也就是说，它包含了该数组的内存地址。

要访问数组中的特定元素，可以使用下标运算符[]来访问它们。例如，如果a是一个整型数组，则a[0]表示第一个元素，a[1]表示第二个元素，以此类推。

可以通过将其加上偏移量来获取任何给定元素的地址。例如，&a[2]表示第三个元素（假设数组从零开始编号），因为它是从第一个元素开始的两个整数位置。

通过使用指向特定元素的指针变量来引用该元素，可以对其进行操作。例如，在C语言中，以下代码将把第三个元素设置为10：

int a[5];
int *p = &a[2];
*p = 10;

此时，p指向a[2]（即第三个）并将其值更改为10。

数组元素的指针变量和数组名等价：

3.2、在使用中 [ ] 就是 *()的缩写

int arr[]={1,2,3,4,5};
cout<<"arr[1]="<<arr[1]<<endl;		// 输出2
cout<<"*(arr+1)="<<*(arr+1)<<endl;	// 输出2

cout<<"*(1+arr)="<<*(1+arr)<<endl;	// 输出2
cout<<"1[arr]="<<1[arr]<<endl;		// 输出2
// 

[ ]是*()的缩写，[ ]左边的值放在+的左边，[ ]里面的值放在+右边，整体取 *。

分析为什么arr == &arr[0]：

&arr[0]==&*(arr+0)==arr+0==arr。

示例：

int arr[]={1,2,3,4,5};
int *p=arr+3;

则
p[-1]=arr+3-1=arr+2=3。
p[1]=arr+3+1=arr+4=5。

3.3、指向同一数组的元素的两个指针变量间的关系

1. 两个指针变量相减，等于它们的元素个数。
2. 两指针变量赋值，则它们指向同一处。
3. 两指针变量判断相等，用于判断它们是否指向同一处。
4. 两指针变量判断大小（>、<、>=、<=、!=），用于判断它们的位置关系。
5. 两指针变量不能相加，相加是无意义的。

四、字符串与指针

4.1、字符数组

char *str1[128]="hello world";

str1是字符数组，开辟128字节存放字符串"hello world"。sizeof(str1)是128。

4.2、字符串指针变量

char *str2="hello world";

这个代码的含义是将字符串的首地址赋给str2。sizeof(str2)是4或8。注意与字符数组的区别。

注意：不能给字符串指针变量赋值，会报错误，因为文字常量区不能赋值。

str2[3]='F';//错误的，引发异常

总结

C++ 中的指针变量是一个特殊类型的变量，它存储了另一个变量的地址。在使用指针变量时，需要注意以下几点：

1. 指针的声明：声明一个指针需要使用星号 (*) 运算符，并在其前面加上数据类型。例如：int *ptr;

2. 取地址运算符 &：取地址运算符 & 可以用于获取一个变量的内存地址。例如：int num = 5; int *ptr = #

3. 解引用运算符 *：解引用运算符 * 用于访问指针所指向的实际值。例如：int num = 5; int *ptr = # cout << "Value of num is: " << *ptr;

4. 动态内存分配：动态内存分配允许程序在运行时请求操作系统分配内存。使用 new 关键字来分配内存，并使用 delete 关键字释放已经分配的内存。

5. 空指针检查：空指针是未初始化或者被设置为 null 的指针。在使用空指针时需要进行检查，以避免程序崩溃或者出现其他问题。