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 指針對(duì)于C來說太重要。然而，想要全面理解指針，除了要對(duì)C語言有熟練的掌握外，還要有計(jì)算機(jī)硬件以及操作系統(tǒng)等方方面面的基本知識(shí)。所以本文盡可能的通過一篇文章完全講解指針。

一 為什么需要指針?

指針解決了一些編程中基本的問題。

✅指針的使用使得不同區(qū)域的代碼可以輕易的共享內(nèi)存數(shù)據(jù)。當(dāng)然小伙伴們也可以通過數(shù)據(jù)的復(fù)制達(dá)到相同的效果，但是這樣往往效率不太好。

因?yàn)橹T如結(jié)構(gòu)體等大型數(shù)據(jù)，占用的字節(jié)數(shù)多，復(fù)制很消耗性能。

但使用指針就可以很好的避免這個(gè)問題，因?yàn)槿魏晤愋偷闹羔樥加玫淖止?jié)數(shù)都是一樣的(根據(jù)平臺(tái)不同，有4字節(jié)或者8字節(jié)或者其他可能)。

✅指針使得一些復(fù)雜的鏈接性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建成為可能，比如鏈表，鏈?zhǔn)蕉鏄涞鹊取?/p>

✅有些操作必須使用指針。如操作申請(qǐng)的堆內(nèi)存。

還有：C語言中的一切函數(shù)調(diào)用中，值傳遞都是“按值傳遞”的。

如果我們要在函數(shù)中修改被傳遞過來的對(duì)象，就必須通過這個(gè)對(duì)象的指針來完成。

二 計(jì)算機(jī)是如何從內(nèi)存中進(jìn)行取指的?

計(jì)算機(jī)的總線可以分為3種：數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線。這里不對(duì)控制總線進(jìn)行描述。數(shù)據(jù)總線用于進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳送。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)一般與CPU的字長(zhǎng)一致。

一般而言，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)跟當(dāng)前機(jī)器int值的長(zhǎng)度相等。例如在16位機(jī)器上，int的長(zhǎng)度是16bit，32位機(jī)器則是32bit。這個(gè)計(jì)算機(jī)一條指令最多能夠讀取或者存取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。大于這個(gè)值，計(jì)算機(jī)將進(jìn)行多次訪問。這也就是我們說的64位機(jī)器進(jìn)行64位數(shù)據(jù)運(yùn)算的效率比32位要高的原因，因?yàn)?2位機(jī)要進(jìn)行兩次取指和運(yùn)行，而64位機(jī)卻只需要一次!

地址總線專門用于尋址，CPU通過該地址進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問，然后把處于該地址處的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳送，傳送的長(zhǎng)度就是數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存空間大小，比如CPU總線長(zhǎng)32位，其最大的直接尋址空間長(zhǎng)232KB，也就是4G。

這也就是我們常說的32位CPU最大支持的內(nèi)存上限為4G(當(dāng)然，實(shí)際上支持不到這個(gè)值，因?yàn)橐徊糠謱ぶ房臻g會(huì)被映射到外部的一些IO設(shè)備和虛擬內(nèi)存上?，F(xiàn)在通過一些新的技術(shù)，可以使32位機(jī)支持4G以上內(nèi)存，但這個(gè)不在這里的討論范圍內(nèi))。

一般而言，計(jì)算機(jī)的地址總線和數(shù)據(jù)總線的寬度是一樣的，我們說32位的CPU，數(shù)據(jù)總線和地址總線的寬度都是32位。

計(jì)算機(jī)訪問某個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先要通過地址總線傳送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或者讀取的位置，然后在通過數(shù)據(jù)總線傳送需要存儲(chǔ)或者讀取的數(shù)據(jù)。一般地，int整型的位數(shù)等于數(shù)據(jù)總線的寬度，指針的位數(shù)等于地址總線的寬度。

計(jì)算機(jī)的基本訪問單元

學(xué)過C語言的人都知道，C語言的基本數(shù)據(jù)類型中，就屬char的位數(shù)最小，是8位。我們可以認(rèn)為計(jì)算機(jī)以8位，即1個(gè)字節(jié)為基本訪問單元。小于一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，必須通過位操作來進(jìn)行訪問。

內(nèi)存訪問方式

如圖1所示，計(jì)算機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問的時(shí)候，是以字節(jié)為基本單元進(jìn)行訪問的，所以可以認(rèn)為，計(jì)算每次都是從第p個(gè)字節(jié)開始訪問的。訪問的長(zhǎng)度將由編譯器根據(jù)實(shí)際類型進(jìn)行計(jì)算，這在后面將會(huì)進(jìn)行講述。

內(nèi)存訪問方式 想要了解更多，就去翻閱計(jì)算機(jī)組成原理和編譯原理吧。 sizeof關(guān)鍵字

sizeof關(guān)鍵字

是編譯器用來計(jì)算某些類型的數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度的，以字節(jié)為基本單位。例如：

sizeof(char)=1;          
sizeof(int)=4; 

sizeof(Type)的值是在編譯的時(shí)候就計(jì)算出來了的，可以認(rèn)為這是一個(gè)常量!

三 指針是什么?

我們知道：C語言中的數(shù)組是指一類類型，數(shù)組具體區(qū)分為 int 類型數(shù)組，double類型數(shù)組,char數(shù)組 等等。

同樣指針這個(gè)概念也泛指一類數(shù)據(jù)類型，int指針類型，double指針類型，char指針類型等等。

通常，我們用int類型保存一些整型的數(shù)據(jù)，如 int num = 97 ， 我們也會(huì)用char來存儲(chǔ)字符：char ch = 'a'。

我們也必須知道：任何程序數(shù)據(jù)載入內(nèi)存后，在內(nèi)存都有他們的地址，這就是指針。

而為了保存一個(gè)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址，我們就需要指針變量。

因此：指針是程序數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址，而指針變量是用來保存這些地址的變量。

在我個(gè)人的理解中，可以將指針理解成int整型，只不過它存放的數(shù)據(jù)是內(nèi)存地址，而不是普通數(shù)據(jù)，我們通過這個(gè)地址值進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問，假設(shè)它的是p，意思就是該數(shù)據(jù)存放位置為內(nèi)存的第p個(gè)字節(jié)。

當(dāng)然，我們不能像對(duì)int類型的數(shù)據(jù)那樣進(jìn)行各種加減乘除操作，這是編譯器不允許的，因?yàn)檫@樣錯(cuò)是非常危險(xiǎn)的!

圖2就是對(duì)指針的描述，指針的值是數(shù)據(jù)存放地址，因此，我們說，指針指向數(shù)據(jù)的存放位置。

四 指針的長(zhǎng)度

我們使用這樣的方式來定義一個(gè)指針：

Type *p; 

我們說p是指向type類型的指針，type可以是任意類型，除了可以是char,short, int, long等基本類型外，還可以是指針類型，例如int *, int **, 或者更多級(jí)的指針，也可是是結(jié)構(gòu)體，類或者函數(shù)等。于是，我們說：

int * 是指向int類型的指針;int **，也即(int *) *，是指向int *類型的指針，也就是指向指針的指針;int ***，也即(int **) *，是指向int**類型的指針，也就是指向指針的指針的指針;…我想你應(yīng)該懂了

struct xxx *，是指向struct xxx類型的指針;

其實(shí)，說這么多，只是希望大家在看到指針的時(shí)候，不要被int ***這樣的東西嚇到，就像前面說的，指針就是指向某種類型的指針，我們只看最后一個(gè)*號(hào)，前面的只不過是type類型罷了。

細(xì)心一點(diǎn)的人應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了，在“什么是指針”這一小節(jié)當(dāng)中，已經(jīng)表明了：指針的長(zhǎng)度跟CPU的位數(shù)相等，大部分的CPU是32位的，因此我們說，指針的長(zhǎng)度是32bit，也就是4個(gè)字節(jié)!注意：任意指針的長(zhǎng)度都是4個(gè)字節(jié)，不管是什么指針!(當(dāng)然64位機(jī)自己去測(cè)一下，應(yīng)該是8個(gè)字節(jié)吧。。。)

于是：

Type *p; 

izeof(p)的值是4，Type可以是任意類型，char,int, long, struct, class, int **…

以后大家看到什么sizeof(char*), sizeof(int *)，sizeof(xxx *)，不要理會(huì)，統(tǒng)統(tǒng)寫4，只要是指針，長(zhǎng)度就是4個(gè)字節(jié)，絕對(duì)不要被type類型迷惑!

五 為什么程序中的數(shù)據(jù)會(huì)有自己的地址?

弄清這個(gè)問題我們需要從操作系統(tǒng)的角度去認(rèn)知內(nèi)存。

電腦維修師傅眼中的內(nèi)存是這樣的：內(nèi)存在物理上是由一組DRAM芯片組成的。

而作為一個(gè)程序員，我們不需要了解內(nèi)存的物理結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)將RAM等硬件和軟件結(jié)合起來，給程序員提供的一種對(duì)內(nèi)存使用的抽象。

這種抽象機(jī)制使得程序使用的是虛擬存儲(chǔ)器,而不是直接操作和使用真實(shí)存在的物理存儲(chǔ)器。

所有的虛擬地址形成的集合就是虛擬地址空間。

在程序員眼中的內(nèi)存應(yīng)該是下面這樣的。

也就是說，內(nèi)存是一個(gè)很大的，線性的字節(jié)數(shù)組(平坦尋址)。每一個(gè)字節(jié)都是固定的大小，由8個(gè)二進(jìn)制位組成。

最關(guān)鍵的是，每一個(gè)字節(jié)都有一個(gè)唯一的編號(hào),編號(hào)從0開始，一直到最后一個(gè)字節(jié)。

如上圖中，這是一個(gè)256M的內(nèi)存，他一共有256x1024x1024 = 268435456個(gè)字節(jié)，那么它的地址范圍就是 0 ~268435455 。

由于內(nèi)存中的每一個(gè)字節(jié)都有一個(gè)唯一的編號(hào)。

因此，在程序中使用的變量，常量，甚至數(shù)函數(shù)等數(shù)據(jù)，當(dāng)他們被載入到內(nèi)存中后，都有自己唯一的一個(gè)編號(hào)，這個(gè)編號(hào)就是這個(gè)數(shù)據(jù)的地址。

指針就是這樣形成的。

下面用代碼說明

#include <stdio.h> 
int main(void) 
{ 
    char ch = 'a'; 
    int  num = 97; 
    printf("ch 的地址:%p 
",&ch);   //ch 的地址:0028FF47 
    printf("num的地址:%p 
",&num);  //num的地址:0028FF40 
    return 0; 
} 

 

指針的值實(shí)質(zhì)是內(nèi)存單元(即字節(jié))的編號(hào)，所以指針單獨(dú)從數(shù)值上看，也是整數(shù)，他們一般用16進(jìn)制表示。

指針的值(虛擬地址值)使用一個(gè)機(jī)器字的大小來存儲(chǔ)。

也就是說,對(duì)于一個(gè)機(jī)器字為w位的電腦而言,它的虛擬地址空間是0~2w - 1 ,程序最多能訪問2w個(gè)字節(jié)。

這就是為什么xp這種32位系統(tǒng)最大支持4GB內(nèi)存的原因了。

我們可以大致畫出變量ch和num在內(nèi)存模型中的存儲(chǔ)。(假設(shè) char占1個(gè)字節(jié)，int占4字節(jié))

六 變量和內(nèi)存

為了簡(jiǎn)單起見，這里就用上面例子中的 int num = 97 這個(gè)局部變量來分析變量在內(nèi)存中的存儲(chǔ)模型。

已知：num的類型是int，占用了4個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間，其值是97，地址是0028FF40。我們從以下幾個(gè)方面去分析。

1、內(nèi)存的數(shù)據(jù)

內(nèi)存的數(shù)據(jù)就是變量的值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制，一切都是二進(jìn)制。

97的二進(jìn)制是 : 00000000 00000000 00000000 0110000 , 但使用的小端模式存儲(chǔ)時(shí)，低位數(shù)據(jù)存放在低地址，所以圖中畫的時(shí)候是倒過來的。

2、內(nèi)存數(shù)據(jù)的類型

內(nèi)存的數(shù)據(jù)類型決定了這個(gè)數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)，以及計(jì)算機(jī)將如何解釋這些字節(jié)。

num的類型是int，因此將被解釋為 一個(gè)整數(shù)。

3、內(nèi)存數(shù)據(jù)的名稱

內(nèi)存的名稱就是變量名。實(shí)質(zhì)上，內(nèi)存數(shù)據(jù)都是以地址來標(biāo)識(shí)的，根本沒有內(nèi)存的名稱這個(gè)說法，這只是高級(jí)語言提供的抽象機(jī)制 ，方便我們操作內(nèi)存數(shù)據(jù)。

而且在C語言中，并不是所有的內(nèi)存數(shù)據(jù)都有名稱，例如使用malloc申請(qǐng)的堆內(nèi)存就沒有。

4、內(nèi)存數(shù)據(jù)的地址

如果一個(gè)類型占用的字節(jié)數(shù)大于1，則其變量的地址就是地址值最小的那個(gè)字節(jié)的地址。

因此num的地址是 0028FF40。內(nèi)存的地址用于標(biāo)識(shí)這個(gè)內(nèi)存塊。

5、內(nèi)存數(shù)據(jù)的生命周期

num是main函數(shù)中的局部變量，因此當(dāng)main函數(shù)被啟動(dòng)時(shí)，它被分配于棧內(nèi)存上，當(dāng)main執(zhí)行結(jié)束時(shí)，消亡。 如果一個(gè)數(shù)據(jù)一直占用著他的內(nèi)存，那么我們就說他是“活著的”，如果他占用的內(nèi)存被回收了，則這個(gè)數(shù)據(jù)就“消亡了”。

C語言中的程序數(shù)據(jù)會(huì)按照他們定義的位置，數(shù)據(jù)的種類，修飾的關(guān)鍵字等因素，決定他們的生命周期特性。

實(shí)質(zhì)上我們程序使用的內(nèi)存會(huì)被邏輯上劃分為：棧區(qū)，堆區(qū)，靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)，方法區(qū)。

不同的區(qū)域的數(shù)據(jù)有不同的生命周期。

無論以后計(jì)算機(jī)硬件如何發(fā)展，內(nèi)存容量都是有限的，因此清楚理解程序中每一個(gè)程序數(shù)據(jù)的生命周期是非常重要的。

七 指針運(yùn)算

N多的面試會(huì)考這種東西了：

Type *p;  
p++; 

然后問你p的值變化了多少。

其實(shí)，也可以認(rèn)為這是在考編譯器的基本知識(shí)。因此p的值并不像表面看到的+1那么簡(jiǎn)單，編譯器實(shí)際上對(duì)p進(jìn)行的是加sizeof(Type)的操作。 看一個(gè)一段代碼的測(cè)試結(jié)果：

 

這里注釋掉char一行的原因是因?yàn)閏out<<(char*)會(huì)被當(dāng)成字符串輸出，而不是char的地址)

執(zhí)行結(jié)果：

觀察結(jié)果，可以看出，他們的增長(zhǎng)結(jié)果分別是：

2（sizeof(short)）          
4（sizeof(int)）         
4（sizeof(long)）          
8（sizeof(long long)）          
4（sizeof(float)）          
8（sizeof(double)）          
12（sizeof(long double)） 

喏，增加的值是不是sizeof(Type)呢?別的什么struct，class之類的，就不驗(yàn)證你，有興趣的自己去驗(yàn)證。 我們?cè)賹?duì)這樣的一段代碼進(jìn)行匯編，查看編譯器是如何進(jìn)行指針的加法操作的：

匯編結(jié)果： 

注意看注釋部分的結(jié)果，我們看到，piv的值顯示加了4(sizeof(int))，然后又加了16(4*sizeof(int))。

八 指針變量和指向關(guān)系

用來保存指針的變量，就是指針變量。

如果指針變量p1保存了變量 num的地址，則就說：p1指向了變量num，也可以說p1指向了num所在的內(nèi)存塊 ，這種指向關(guān)系，在圖中一般用 箭頭表示。

上圖中，指針變量p1指向了num所在的內(nèi)存塊 ，即從地址0028FF40開始的4個(gè)byte 的內(nèi)存塊。

九 定義指針變量

C語言中，定義變量時(shí)，在變量名前寫一個(gè) * 星號(hào)，這個(gè)變量就變成了對(duì)應(yīng)變量類型的指針變量。必要時(shí)要加( ) 來避免優(yōu)先級(jí)的問題。

引申：C語言中，定義變量時(shí)，在定義的最前面寫上typedef ，那么這個(gè)變量名就成了一種類型，即這個(gè)類型的同義詞。

int a ; //int類型變量 a 
int *a ; //int* 變量a 
int arr[3]; //arr是包含3個(gè)int元素的數(shù)組 
int (* arr )[3]; //arr是一個(gè)指向包含3個(gè)int元素的數(shù)組的指針變量 
 
 
//-----------------各種類型的指針------------------------------ 
 
int* p_int; //指向int類型變量的指針  
 
double* p_double; //指向idouble類型變量的指針  
 
struct Student *p_struct; //結(jié)構(gòu)體類型的指針 
 
int(*p_func)(int,int); //指向返回類型為int，有2個(gè)int形參的函數(shù)的指針  
 
int(*p_arr)[3]; //指向含有3個(gè)int元素的數(shù)組的指針  
 
int** p_pointer; //指向 一個(gè)整形變量指針的指針 

十 指針的2個(gè)重要屬性

指針也是一種數(shù)據(jù)，指針變量也是一種變量，因此指針 這種數(shù)據(jù)也符合前面變量和內(nèi)存主題中的特性。

這里要強(qiáng)調(diào)2個(gè)屬性：指針的類型，指針的值。

int main(void) 
{ 
    int num = 97; 
    int *p1  = # 
    char* p2 = (char*)(&num); 
 
    printf("%d 
",*p1);    //輸出  97 
    putchar(*p2);          //輸出  a 
    return 0; 
} 

指針的值：很好理解，如上面的num 變量 ，其地址的值就是0028FF40 ，因此 p1的值就是0028FF40。

數(shù)據(jù)的地址用于在內(nèi)存中定位和標(biāo)識(shí)這個(gè)數(shù)據(jù)，因?yàn)槿魏?個(gè)內(nèi)存不重疊的不同數(shù)據(jù)的地址都是不同的。

指針的類型：指針的類型決定了這個(gè)指針指向的內(nèi)存的字節(jié)數(shù)并如何解釋這些字節(jié)信息。

一般指針變量的類型要和它指向的數(shù)據(jù)的類型匹配。

由于num的地址是0028FF40，因此 p1 和 p2 的值都是0028FF40

*p1 : 將從地址0028FF40 開始解析，因?yàn)閜1是int類型指針，int占4字節(jié)，因此向后連續(xù)取4個(gè)字節(jié)，并將這4個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)解析為一個(gè)整數(shù) 97。

*p2 : 將從地址0028FF40 開始解析，因?yàn)閜2是char類型指針，char占1字節(jié)，因此向后連續(xù)取1個(gè)字節(jié)，并將這1個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)解析為一個(gè)字符，即'a'。

同樣的地址，因?yàn)橹羔樀念愋筒煌?，?duì)它指向的內(nèi)存的解釋就不同，得到的就是不同的數(shù)據(jù)。

十一 取地址

既然有了指針變量，那就得讓他保存其它變量的地址，使用& 運(yùn)算符取得一個(gè)變量的地址。

int add(int a , int b) 
{ 
    return a + b; 
} 
 
int main(void) 
{ 
    int num = 97; 
    float score = 10.00F; 
    int arr[3] = {1,2,3}; 
 
    //----------------------- 
 
    int* p_num = # 
    float* p_score = &score; 
    int (*p_arr)[3] = &arr;            
    int (*fp_add)(int ,int )  = add;  //p_add是指向函數(shù)add的函數(shù)指針 
    return 0; 
} 

特殊的情況，他們并不一定需要使用&取地址：

• 數(shù)組名的值就是這個(gè)數(shù)組的第一個(gè)元素的地址。
• 函數(shù)名的值就是這個(gè)函數(shù)的地址。
• 字符串字面值常量作為右值時(shí)，就是這個(gè)字符串對(duì)應(yīng)的字符數(shù)組的名稱,也就是這個(gè)字符串在內(nèi)存中的地址。

int add(int a , int b){ 
    return a + b; 
} 
int main(void) 
{ 
    int arr[3] = {1,2,3}; 
    //----------------------- 
    int* p_first = arr; 
    int (*fp_add)(int ,int )  =  add; 
    const char* msg = "Hello world"; 
    return 0; 
} 

 十二 解地址

我們需要一個(gè)數(shù)據(jù)的指針變量干什么?

當(dāng)然使用通過它來操作(讀/寫)它指向的數(shù)據(jù)啦。

對(duì)一個(gè)指針解地址，就可以取到這個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)，解地址的寫法，就是在指針的前面加一個(gè)*號(hào)。

解指針的實(shí)質(zhì)是：從指針指向的內(nèi)存塊中取出這個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)。

int main(void) 
{ 
    int age = 19; 
    int*p_age = &age; 
    *p_age  = 20;  //通過指針修改指向的內(nèi)存數(shù)據(jù) 
 
    printf("age = %d 
",*p_age);   //通過指針讀取指向的內(nèi)存數(shù)據(jù) 
    printf("age = %d 
",age); 
 
    return 0; 
} 

 十三 指針之間的賦值

指針賦值和int變量賦值一樣，就是將地址的值拷貝給另外一個(gè)。

指針之間的賦值是一種淺拷貝，是在多個(gè)編程單元之間共享內(nèi)存數(shù)據(jù)的高效的方法。

int* p1  = & num; 
int* p3 = p1; 
 
//通過指針 p1 、 p3 都可以對(duì)內(nèi)存數(shù)據(jù) num 進(jìn)行讀寫，如果2個(gè)函數(shù)分別使用了p1 和p3，那么這2個(gè)函數(shù)就共享了數(shù)據(jù)num。 

 

十四 空指針(NULL指針)

NULL是C語言標(biāo)準(zhǔn)定義的一個(gè)值，這個(gè)值其實(shí)就是0，只不過為了使得看起來更加具有意義，才定義了這樣的一個(gè)宏，中文的意思是空，表明不指向任何東西。你懂得。不過在此不討論空和零的區(qū)別。

在C語言中，我們讓指針變量賦值為NULL表示一個(gè)空指針，而C語言中，NULL實(shí)質(zhì)是((void*)0)，就像前面說的指針可以理解成特殊的int，它總是有值的，p=NULL，其實(shí)就是p的值等于0。對(duì)于不多數(shù)機(jī)器而言，0地址是不能直接訪問的，設(shè)置為0，就表示該指針哪里都沒指向。而在C++中，NULL實(shí)質(zhì)是0。

換種說法：任何程序數(shù)據(jù)都不會(huì)存儲(chǔ)在地址為0的內(nèi)存塊中，它是被操作系統(tǒng)預(yù)留的內(nèi)存塊。

下面代碼摘自 stdlib.h

#ifdef __cplusplus 
     #define NULL    0 
#else     
     #define NULL    ((void *)0) 
#endif 

當(dāng)然，就機(jī)器內(nèi)部而言，NULL指針的實(shí)際值可能與此不同，這種情況下，編譯器將負(fù)責(zé)零值和內(nèi)部值之間的翻譯轉(zhuǎn)換。

NULL指針的概念非常有用，它給了你一種方法，表示某個(gè)特定的指針目前并未指向任何東西。例如，一個(gè)用于在某個(gè)數(shù)組中查找某個(gè)特定值的函數(shù)可能返回一個(gè)指向查找到的數(shù)組元素的指針。如果沒找到，則返回一個(gè)NULL指針。

在內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配上，NULL的意義非同凡響，我們使用它來避免內(nèi)存被多次釋放，造成經(jīng)常性的段錯(cuò)誤(segmentation fault)。一般，在free或者delete掉動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存后，都應(yīng)該立即把指針置空，避免出現(xiàn)所以的懸掛指針，致使出現(xiàn)各種內(nèi)存錯(cuò)誤!例如：

free函數(shù)是不會(huì)也不可能把p置空的。像下面這樣的代碼就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存段錯(cuò)誤：

因?yàn)椋谝淮蝔ree操作之后，p指向的內(nèi)存已經(jīng)釋放了，但是p的值還沒有變化，free函數(shù)改不了這個(gè)值，再free一次的時(shí)候，p指向的內(nèi)存區(qū)域已經(jīng)被釋放了，這個(gè)地址已經(jīng)變成了非法地址，這個(gè)操作將導(dǎo)致段錯(cuò)誤的發(fā)生(此時(shí)，p指向的區(qū)域剛好又被分配出去了，但是這種概率非常低，而且對(duì)這樣一塊內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行操作是非常危險(xiǎn)的!)

 但是下面這段代碼就不會(huì)出現(xiàn)這樣的問題：

因?yàn)閜的值編程了NULL，free函數(shù)檢測(cè)到p為NULL，會(huì)直接返回，而不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。 這里順便告訴大家一個(gè)內(nèi)存釋放的小竅門，可以有效的避免因?yàn)橥泴?duì)指針進(jìn)行置空而出現(xiàn)各種內(nèi)存問題。這個(gè)方法就是自定義一個(gè)內(nèi)存釋放函數(shù)，但是傳入的參數(shù)不知指針，而是指針的地址，在這個(gè)函數(shù)里面置空，如下：

結(jié)果：

my_free調(diào)用了之后，p的值就變成了0(NULL)，調(diào)用多少次free都不會(huì)報(bào)錯(cuò)了!

另外一個(gè)方式也非常有效，那就是定義FREE宏，在宏里面對(duì)他進(jìn)行置空。例如

執(zhí)行結(jié)果同上面一樣，不會(huì)報(bào)段錯(cuò)誤：

(關(guān)于內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配，這是個(gè)比較復(fù)雜的話題，有機(jī)會(huì)再專門開辟一章給各位講述一下吧，寫個(gè)帖子還是很花費(fèi)時(shí)間和精力的，呵呵，寫過的童鞋應(yīng)該都很清楚，所以順便插一句，轉(zhuǎn)帖可以，請(qǐng)注明出處，畢竟，大家都是本著共享的精神來討論問題的，寫的好壞都沒有向你所要什么，請(qǐng)尊重每個(gè)人的勞動(dòng)成果。)指向空，或者說不指向任何東西。

 十五 壞指針

指針變量的值是NULL，或者未知的地址值，或者是當(dāng)前應(yīng)用程序不可訪問的地址值，這樣的指針就是壞指針。

不能對(duì)他們做解指針操作，否則程序會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，導(dǎo)致程序意外終止。

任何一個(gè)指針變量在做解地址操作前，都必須保證它指向的是有效的，可用的內(nèi)存塊，否則就會(huì)出錯(cuò)。

壞指針是造成C語言Bug的最頻繁的原因之一。

下面的代碼就是錯(cuò)誤的示例。 
 
 
void opp() 
{ 
     int*p = NULL; 
     *p = 10;      //Oops! 不能對(duì)NULL解地址 
} 
 
void foo() 
{ 
     int*p; 
     *p = 10;      //Oops! 不能對(duì)一個(gè)未知的地址解地址 
} 
 
void bar() 
{ 
     int*p = (int*)1000;  
     *p =10;      //Oops!   不能對(duì)一個(gè)可能不屬于本程序的內(nèi)存的地址的指針解地址 
} 

 十六 void*類型指針

由于void是空類型，因此void*類型的指針只保存了指針的值，而丟失了類型信息，我們不知道他指向的數(shù)據(jù)是什么類型的，只指定這個(gè)數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的起始地址。

如果想要完整的提取指向的數(shù)據(jù)，程序員就必須對(duì)這個(gè)指針做出正確的類型轉(zhuǎn)換，然后再解指針。因?yàn)椋幾g器不允許直接對(duì)void*類型的指針做解指針操作。

雖然從字面上看，void的意思是空，但是void指針的意思，可不是空指針的意思，空指針指的是上面所說的NULL指針。

void指針實(shí)際上的意思是指向任意類型的指針。任意類型的指針都可以直接賦給void指針，而不需要進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。

例如：

Type a, *p=&a; 
（Type等于char, int, struct, int *…） 
void *pv; 
pv=p; 

就像前面說的，void指針的好處，就在于，任意的指針都可以直接賦值給它，這在某些場(chǎng)合非常有用，因此有些操作對(duì)于任意指針都是相同的。void指針最常用于內(nèi)存管理。最典型的，也是大家最熟知的，就是標(biāo)準(zhǔn)庫的free函數(shù)。它的原型如下：

void free(void*ptr); 

free函數(shù)的參數(shù)可以是任意指針，沒有誰見過free參數(shù)里面的指針需要強(qiáng)壯為void*的吧? malloc, calloc,realloc這些函數(shù)的返回值也是void指針，因?yàn)閮?nèi)存分配，實(shí)際上只需要知道分配的大小，然后返回新分配內(nèi)存的地址就可以了，指針的值就是地址，返回的不管是何種指針，其實(shí)結(jié)果都是一樣的，因?yàn)樗械闹羔橀L(zhǎng)度其實(shí)都是32位的(32位機(jī)器)，它的值就是內(nèi)存的地址，指針類型只是給編譯器看的，目的是讓編譯器在編譯的時(shí)候能夠正確的設(shè)置指針的值(參見指針運(yùn)算章節(jié))。如果malloc函數(shù)設(shè)置成下面這樣的原型，完全沒有問題。

char*malloc(size_t sz); 

實(shí)際上設(shè)置成

Type*malloc(size_t sz); 

也是完全正確的，使用void指針的原因，實(shí)際上就像前面說的，void指針意思是任意指針，這樣設(shè)計(jì)更加嚴(yán)謹(jǐn)一些，也更符合我們的直觀理解。如果對(duì)前面我說的指針概念理解的童鞋，肯定明白這一點(diǎn)。

十七 結(jié)構(gòu)體和指針

結(jié)構(gòu)體指針有特殊的語法：-> 符號(hào)如果p是一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針，則可以使用 p ->【成員】 的方法訪問結(jié)構(gòu)體的成員

typedef struct 
{ 
    char name[31]; 
    int age; 
    float score; 
}Student; 
 
int main(void) 
{ 
    Student stu = {"Bob" , 19, 98.0}; 
    Student*ps = &stu; 
 
    ps->age = 20; 
    ps->score = 99.0; 
    printf("name:%s age:%d 
",ps->name,ps->age); 
    return 0; 
} 

 十八 數(shù)組和指針

1、數(shù)組名作為右值的時(shí)候，就是第一個(gè)元素的地址。

int main(void) 
{ 
    int arr[3] = {1,2,3}; 
 
    int*p_first = arr; 
    printf("%d 
",*p_first);  //1 
    return 0; 
} 

2、指向數(shù)組元素的指針 支持 遞增 遞減 運(yùn)算。

(實(shí)質(zhì)上所有指針都支持遞增遞減 運(yùn)算 ，但只有在數(shù)組中使用才是有意義的)

int main(void) 
{ 
    int arr[3] = {1,2,3}; 
 
    int*p = arr; 
    for(;p!=arr+3;p++){ 
        printf("%d 
",*p);  
    } 
    return 0; 
} 

3、p= p+1 意思是，讓p指向原來指向的內(nèi)存塊的下一個(gè)相鄰的相同類型的內(nèi)存塊。

同一個(gè)數(shù)組中，元素的指針之間可以做減法運(yùn)算，此時(shí)，指針之差等于下標(biāo)之差。

4、p[n] == *(p+n) p[n][m] == *( *(p+n)+ m )

5、當(dāng)對(duì)數(shù)組名使用sizeof時(shí)，返回的是整個(gè)數(shù)組占用的內(nèi)存字節(jié)數(shù)。當(dāng)把數(shù)組名賦值給一個(gè)指針后，再對(duì)指針使用sizeof運(yùn)算符，返回的是指針的大小。

這就是為什么將一個(gè)數(shù)組傳遞給一個(gè)函數(shù)時(shí)，需要另外用一個(gè)參數(shù)傳遞數(shù)組元素個(gè)數(shù)的原因了。

int main(void) 
{ 
    int arr[3] = {1,2,3}; 
 
    int*p = arr; 
    printf("sizeof(arr)=%d 
",sizeof(arr));  //sizeof(arr)=12 
    printf("sizeof(p)=%d 
",sizeof(p));   //sizeof(p)=4 
 
    return 0; 
} 

 十九 函數(shù)和指針

函數(shù)的參數(shù)和指針

C語言中，實(shí)參傳遞給形參，是按值傳遞的，也就是說，函數(shù)中的形參是實(shí)參的拷貝份，形參和實(shí)參只是在值上面一樣，而不是同一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)對(duì)象。

這就意味著：這種數(shù)據(jù)傳遞是單向的，即從調(diào)用者傳遞給被調(diào)函數(shù)，而被調(diào)函數(shù)無法修改傳遞的參數(shù)達(dá)到回傳的效果。

void change(int a) 
{ 
    a++;      //在函數(shù)中改變的只是這個(gè)函數(shù)的局部變量a，而隨著函數(shù)執(zhí)行結(jié)束，a被銷毀。age還是原來的age，紋絲不動(dòng)。 
} 
int main(void) 
{ 
    int age = 19; 
    change(age); 
    printf("age = %d 
",age);   // age = 19 
    return 0; 
} 

有時(shí)候我們可以使用函數(shù)的返回值來回傳數(shù)據(jù)，在簡(jiǎn)單的情況下是可以的。

但是如果返回值有其它用途(例如返回函數(shù)的執(zhí)行狀態(tài)量)，或者要回傳的數(shù)據(jù)不止一個(gè)，返回值就解決不了了。

傳遞變量的指針可以輕松解決上述問題。

void change(int* pa) 
{ 
    (*pa)++;   //因?yàn)閭鬟f的是age的地址，因此pa指向內(nèi)存數(shù)據(jù)age。當(dāng)在函數(shù)中對(duì)指針pa解地址時(shí)， 
               //會(huì)直接去內(nèi)存中找到age這個(gè)數(shù)據(jù)，然后把它增1。 
} 
int main(void) 
{ 
    int age = 19; 
    change(&age); 
    printf("age = %d 
",age);   // age = 20 
    return 0; 
} 

再來一個(gè)老生常談的，用函數(shù)交換2個(gè)變量的值的例子：

#include<stdio.h> 
void swap_bad(int a,int b); 
void swap_ok(int*pa,int*pb); 
 
int main() 
{ 
    int a = 5; 
    int b = 3; 
    swap_bad(a,b);       //Can`t swap; 
    swap_ok(&a,&b);      //OK 
    return 0; 
} 
 
//錯(cuò)誤的寫法 
void swap_bad(int a,int b) 
{ 
    int t; 
    t=a; 
    a=b; 
    b=t; 
} 
 
//正確的寫法：通過指針 
void swap_ok(int*pa,int*pb) 
{ 
    int t; 
    t=*pa; 
    *pa=*pb; 
    *pb=t; 
} 

 

有的時(shí)候，我們通過指針傳遞數(shù)據(jù)給函數(shù)不是為了在函數(shù)中改變他指向的對(duì)象。

相反，我們防止這個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)被改變。傳遞指針只是為了避免拷貝大型數(shù)據(jù)。

考慮一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型Student。我們通過show函數(shù)輸出Student變量的數(shù)據(jù)。

typedef struct 
{ 
    char name[31]; 
    int age; 
    float score; 
}Student; 
 
 
//打印Student變量信息 
void show(const Student * ps) 
{ 
    printf("name:%s , age:%d , score:%.2f 
",ps->name,ps->age,ps->score);    
} 

我們只是在show函數(shù)中取讀Student變量的信息，而不會(huì)去修改它，為了防止意外修改，我們使用了常量指針去約束。

另外我們?yōu)槭裁匆褂弥羔樁皇侵苯觽鬟fStudent變量呢?

從定義的結(jié)構(gòu)看出，Student變量的大小至少是39個(gè)字節(jié)，那么通過函數(shù)直接傳遞變量，實(shí)參賦值數(shù)據(jù)給形參需要拷貝至少39個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，極不高效。

而傳遞變量的指針卻快很多，因?yàn)樵谕粋€(gè)平臺(tái)下，無論什么類型的指針大小都是固定的：X86指針4字節(jié)，X64指針8字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一個(gè)Student結(jié)構(gòu)體變量小。

函數(shù)的指針

跟普通的變量一樣，每一個(gè)函數(shù)都是有其地址的，我們通過跳轉(zhuǎn)到這個(gè)地址執(zhí)行代碼來進(jìn)行函數(shù)調(diào)用，只是，跟取普通數(shù)據(jù)不同的在于，函數(shù)有參數(shù)和返回值，在進(jìn)行函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，首先需要將參數(shù)壓入棧中，調(diào)用完成后又需要將參數(shù)壓入棧中。既然函數(shù)也是通過地址來進(jìn)行訪問的，那它也可以使用指針來指向，事實(shí)上，每一個(gè)函數(shù)名都是一個(gè)指針，不過它是指針常量和指針常量，它的值是不能改的，指向的值也不能改。

(關(guān)于常量指針和指針常量什么的，有時(shí)間在專門開辟一章來說明const這個(gè)東東吧，也是很有講頭的一個(gè)東東。。。) 函數(shù)指針一般用來干什么呢?函數(shù)指針最常用的場(chǎng)合就是回調(diào)函數(shù)?；卣{(diào)函數(shù)，顧名思義，就是某個(gè)函數(shù)會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候被別人調(diào)用。當(dāng)期望你調(diào)用的函數(shù)能夠使用你的某些方式去操作的時(shí)候，回調(diào)函數(shù)就很有用，比如，你期望某個(gè)排序函數(shù)在比較的時(shí)候，能夠使用你定義的比較方法去比較。

有過較深入的C編程經(jīng)驗(yàn)的人應(yīng)該都接觸過。C的標(biāo)準(zhǔn)庫中就有使用，例如在strlib.h頭文件的qsort函數(shù)，它的原型為：

void qsort(void*__base, size_t __nmemb, size_t __size, int(*_compar)(const void *, const void*)); 其中int(*_compar)(const void *, const void *)就是回調(diào)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)用于qsort函數(shù)用于數(shù)據(jù)的比較。下面，我會(huì)舉一個(gè)例子，來描述qsort函數(shù)的工作原理。

一般，我們使用下面這樣的方式來定義函數(shù)指針：

typedef int(*compare)(const void *x, const void *y); 

這個(gè)時(shí)候，compare就是參數(shù)為const void *, const void *類型，返回值是int類型的函數(shù)。例如：

用typedef來定義的好處，就是可以使用一個(gè)簡(jiǎn)短的名稱來表示一種類型，而不需要總是使用很長(zhǎng)的代碼來，這樣不僅使得代碼更加簡(jiǎn)潔易讀，更是避免了代碼敲寫容易出錯(cuò)的問題。強(qiáng)烈推薦各位在定義結(jié)構(gòu)體，指針(尤其是函數(shù)指針)等比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，使用typedef來定義。

每一個(gè)函數(shù)本身也是一種程序數(shù)據(jù)，一個(gè)函數(shù)包含了多條執(zhí)行語句，它被編譯后，實(shí)質(zhì)上是多條機(jī)器指令的合集。

在程序載入到內(nèi)存后，函數(shù)的機(jī)器指令存放在一個(gè)特定的邏輯區(qū)域：代碼區(qū)。

既然是存放在內(nèi)存中，那么函數(shù)也是有自己的指針的。

C語言中，函數(shù)名作為右值時(shí)，就是這個(gè)函數(shù)的指針。

void echo(const char *msg){    printf("%s",msg);}int main(void){    void(*p)(const char*) = echo;   //函數(shù)指針變量指向echo這個(gè)函數(shù)    p("Hello ");      //通過函數(shù)的指針p調(diào)用函數(shù)，等價(jià)于echo("Hello ")    echo("World");    return 0;} 

const和指針

const到底修飾誰?誰才是不變的?

如果const 后面是一個(gè)類型，則跳過最近的原子類型，修飾后面的數(shù)據(jù)。

(原子類型是不可再分割的類型，如int, short , char，以及typedef包裝后的類型)

如果const后面就是一個(gè)數(shù)據(jù)，則直接修飾這個(gè)數(shù)據(jù)。

int main(){    int a = 1;    int const *p1 = &a;        //const后面是*p1，實(shí)質(zhì)是數(shù)據(jù)a，則修飾*p1，通過p1不能修改a的值    const int*p2 =  &a;        //const后面是int類型，則跳過int ，修飾*p2， 效果同上    int* const p3 = NULL;      //const后面是數(shù)據(jù)p3。也就是指針p3本身是const .    const int* const p4 = &a;  // 通過p4不能改變a 的值，同時(shí)p4本身也是 const    int const* const p5 = &a;  //效果同上    return 0;}typedef int* pint_t;  //將 int* 類型 包裝為 pint_t,則pint_t 現(xiàn)在是一個(gè)完整的原子類型int main(){    int a  = 1;    const pint_t p1 = &a;  //同樣，const跳過類型pint_t，修飾p1，指針p1本身是const    pint_t const p2 = &a;  //const 直接修飾p，同上    return 0;} 

深拷貝和淺拷貝

如果2個(gè)程序單元(例如2個(gè)函數(shù))是通過拷貝他們所共享的數(shù)據(jù)的指針來工作的，這就是淺拷貝，因?yàn)檎嬲L問的數(shù)據(jù)并沒有被拷貝。

如果被訪問的數(shù)據(jù)被拷貝了，在每個(gè)單元中都有自己的一份，對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的操作相互不受影響，則叫做深拷貝。

附加知識(shí)

指針和引用這個(gè)2個(gè)名詞的區(qū)別。他們本質(zhì)上來說是同樣的東西。

指針常用在C語言中，而引用，則用于諸如Java，C#等 在語言層面封裝了對(duì)指針的直接操作的編程語言中。

大端模式和小端模式

1) Little-Endian就是低位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，高位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。個(gè)人PC常用，Intel X86處理器是小端模式。

2) B i g-Endian就是高位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，低位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。

采用大端方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存放符合人類的正常思維，而采用小端方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存放利于計(jì)算機(jī)處理。

有些機(jī)器同時(shí)支持大端和小端模式,通過配置來設(shè)定實(shí)際的端模式。

假如 short類型占用2個(gè)字節(jié)，且存儲(chǔ)的地址為0x30。short a = 1;

如下圖：

//測(cè)試機(jī)器使用的是否為小端模式。是，則返回true，否則返回false//這個(gè)方法判別的依據(jù)就是：C語言中一個(gè)對(duì)象的地址就是這個(gè)對(duì)象占用的字節(jié)中，地址值最小的那個(gè)字節(jié)的地址。

bool isSmallIndain() 
{ 
      unsigned int val = 'A'; 
      unsigned char* p = (unsigned char*)&val;  //C/C++：對(duì)于多字節(jié)數(shù)據(jù)，取地址是取的數(shù)據(jù)對(duì)象的第一個(gè)字節(jié)的地址，也就是數(shù)據(jù)的低地址 
 
      return *p == 'A'; 
}