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我们知道计算上CPU#xff08;中央处理器#xff09;在处理数据的时候#xff0c;是通过地址总线把需要的数据从内存中读取的#xff0c;后通过数据总线把处理后的数据放回内存中。如下图所示#xff1a; 计算机把内存划分为⼀个个的内存单元#xff0c;每… 一.内存和地址
我们知道计算上CPU中央处理器在处理数据的时候是通过地址总线把需要的数据从内存中读取的后通过数据总线把处理后的数据放回内存中。如下图所示 计算机把内存划分为⼀个个的内存单元每个内存单元的大小取1个字节 1个字节(Byte)8个比特位(bit) 再对每个内存单元进行编号处理这样就可以高效管理内存。 而在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。C语⾔中给地址起了新的名字叫指针。
所以通过以上可总结内存单元的编号 地址 指针 可见指针就是地址地址就是指针。指针的作用就是访问内存的 二.指针变量和地址
理解了内存和地址的关系就可以理解在C语⾔中创建变量其实就是向内存申请空间如下 上述的代码就是创建了整型变量a在内存中申请4个字节⽤于存放整数9其中每个字节都有地址。
那我们如何能得到 a 的地址呢 这⾥就得学习⼀个操作符——取地址操作符单目操作符 上图所示会打印出0x006FFD70 因为a取出的是a所占4个字节中地址较小的字节的地址 以上我们通过取地址操作符()拿到的地址是⼀个数值⽐如0x006FFD70这个数值有时候也是需要 存储起来⽅便后期再使⽤那我们把这样的地址值存放在哪⾥呢答指针变量中。如下 以上p为指针变量。p左边写的是 int* * 是在说明p是指针变量⽽前⾯的 int 是在说明p指向的是整型(int) 类型的对象。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。 我们将地址保存起来未来是要使⽤的那怎么使⽤呢
C语言中我们只要拿到了地址指针就可以通过地址指针找到地址指针 指向的对象则我们必须学习⼀个操作符* —— 解引⽤操作符 *p 的意思就是通过 p 中存放的地址找到指向的空间 *p其实就是a变量了所以*p 2这个操作符就是把a改成了2。 这里有同学肯定在想如果⽬的就是把a改成2的话写成 a 2; 不就完了吗? 为啥⾮要使⽤指针呢 其实这⾥是把a的修改交给了p来操作这样对a的修改就多了⼀种的途径写代码就会更加灵活! 指针变量的大小 由于32位机器有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 则指针变量的大小就是4个字节。如下图所示 同理64位机器有64根地址线⼀个地址就是64个⼆进制位组成的⼆进制序列存储起来就需要 8个字节的空间则指针变量的大小就是8个字节。 如下图所示 由上述总结可得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个字节指针变量的⼤⼩和类型是⽆关的只要指针类型的变量在相同的平台下⼤⼩都是相同的。 三. 指针变量类型的意义
指针的解引用 以上代码通过调试我们可以看到其只是将n的第⼀个字节改为0
则可得出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⽐如 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 指针 - 整数 观察以上代码可总结出指针变量类型决定了指针进行加1减1的时候能偏移几个字节一次能走多远 void* 指针泛型指针 无具体类型的指针
这种类型的指针可以⽤来接受任意类型地址。但是也有局限性 void* 类型的指针不能直接 进行指针的 - 整数和解引⽤的运算。如下图 注void* 类型的指针不能直接进行指针的解引用 和 - 整数的运算 那么 void* 类型的指针到底有什么⽤呢⼀般 void* 类型的指针是使⽤在函数参数的部分⽤来接收不同类型数据的地址这样的设计可以 实现泛型编程的效果。使得⼀个函数来处理多种类型的数据。 四.const修饰指针
const用来修饰变量 如下图 因为加上const 的 m 就是具有常属性的变量常属性不能被修改的属性虽然 m 不能被修改但是本质上还是变量不是常量。可称 m 为常变量
注但在C 中const修饰的变量为常m量 那 m 怎么才能改呢具体如下 const修饰指针变量如下图 上述总结 当const 修饰指针变量放在*左边时const限制的是指针变量指向的内容。指针变量指向的内容不能通过指针来修改但是可以修改指针变量本身的值其实修改的是指针变量的指向 上述总结 当const 修饰指针变量放在*右边时const限制的是指针变量本身。指针变量不能再指向其他变量但是可以通过指针变量修改指针变量指向的内容 上述总结 当const 修饰指针变量放在*左边和右边时const限制的是指针变量本身 和 指针变量指向的内容。 五.指针运算
指针的基本运算有三种分别是 指针 - 整数 指针 - 指针指针的关系运算 指针 - 整数:
例如指针 1 如下 由以上同理可推出
type * p
p 1 -- 跳过1 * sizeof(type)
p n-- 跳过n * sizeof(type)
实践打印数组中的每个元素。 如下图
由上述总结得指针1 - 整数 指针2 指针 - 指针
注计算的前提条件一定是两个指针指向同一块空间 由上述代码得出指针 - 指针 两个指针之间的绝对值的元素个数 实践 求字符串的长度。如下图 上述代码 return str - start; 就是指针 - 指针 得出并返回字符串的长度。 指针的关系运算就是指针和指针比较大小 如下图 上述代码通过指针和指针相互比较打印出数组的每一位。 六. 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
野指针的成因
指针未初始化 指针越界访问 指针指向的空间释放 如何规避野指针:
指针要初始化:
如果明确知道指针指向哪⾥就直接初始化一个明确的值。如果不知道指针应该指向哪里可以给指针赋值NULL。NULL :是C语⾔中定义的⼀个标识符常量值是00也是地址这个地址是⽆法使⽤的读写该地址会报错
举例 小心指针越界
⼀个程序向内存申请了哪些空间通过指针也就只能访问哪些空间不能超出范围访问超出了就是越界访问。 指针变量不再使用时及时置NULL指针使⽤之前检查有效性
当指针变量指向⼀块区域时我们可以通过指针访问该区域后期不再使⽤这个指针访问空间的 时候我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的⼀个规则就是只要是NULL指针就不去访问同时使⽤指针之前可以判断指针是否为NULL。 我们可以把野指针想象成野狗野狗放任不管是⾮常危险的所以我们可以找⼀棵树把野狗拴起来就相对安全了给指针变量及时赋值为NULL其实就类似把野狗栓前来就是把野指针暂时管理起来。不过野狗即使拴起来我们也要绕着⾛不能去挑逗野狗有点危险对于指针也是在使⽤之前我们也要判断是否为NULL看看是不是被拴起来起来的野狗如果是就不能直接使⽤如果不是我们再去使⽤。 避免返回局部变量的地址。 七.assert断言
assert.h 头⽂件定义了宏 assert() 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”
如下
assert(p ! NULL);
上述代码检测p 是否等于 NULL 。如果确实不等于 NULL 程序继续运⾏否则就会终⽌运⾏并且给出报错信息提示。
assert() 宏接受⼀个表达式作为参数。如果该表达式为真返回值非零 assert() 不会产⽣ 任何作⽤程序继续运⾏。如果该表达式为假返回值为零 assert() 就会报错在标准错误 流 stderr 中写⼊⼀条错误信息显⽰没有通过的表达式以及包含这个表达式的⽂件名和⾏号。具体如下
如果该表达式为假时 如果该表达式为真时 注意assert 不仅可以断言指针还可以断言其他。只要表达式成立就行 assert() 的使用的好处
出现错误时能⾃动标识⽂件和出问题的⾏号无需更改代码就能开启或关闭 assert() 的机制需定义⼀个宏 NDEBUG 。然后重新编译程序编译器就会禁用文件中所有的 assert() 语句。如果程序又出现问题可以移除这条 #define NDBUG 指令或者把它注释掉再次编译这样就重启⽤了 assert() 语句。
举例
#define NDEBUG 未注释时 从上述代码可看出assert机制未起作用为关闭状态 #define NDEBUG 注释时 从上述代码可看出assert机制起作用了为开启状态
assert() 的缺点是因为引入了额外的检查增加了程序的运行时间。 注⼀般我们可以在 Debug版本中使⽤#define NDEBUG在 Release 版本中选择禁⽤ assert 就行因为在 VS 这样的集成开发环境中Release 版本中直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题在 Release 版本不影响⽤⼾使⽤时程序的效率。 八.指针的使用和传址调用
strlen求字符串长度的模拟实现:
上述代码参数 str 接收⼀个字符串的起始地址然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数最终返回长度。 如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历只要不是 \0 字符计数器就1这样直到 \0 就停止了。 传值调用和传址调用
学习指针的目的是使用指针解决问题那什么问题非指针不可呢
例如写⼀个函数实现交换两个整型变量的值
错误示范 观察上述代码我们发现两值并没产⽣交换这是为什么呢 看上图我们通过调试发现在main函数内部创建了a和ba的地址是0x00cffdd0b的地址是0x00cffdc4在调⽤ Swap函数时将a和b传递给了Swap函数在Swap函数内部创建了形参x和y接收a和b的值但是 x的地址是0x00cffcecy的地址是0x00cffcf0x和y确实接收到了a和b的值但 x 的地址和 a 的地址不⼀样y 的地址和 b 的地址不⼀样相当于x和y是独立的空间。那么在Swap函数内部交换 x 和 y 的值 自然不会影响 a 和 b当Swap函数调⽤结束后回到main函数a和b的没法交换。Swap函数在使用的时候是把变量本⾝直接传递给了函数这种调⽤函数的⽅式就叫传值调用。所以Swap是失败的了……
得出结论实参传递给形参的时候形参会单独创建⼀份临时空间来接收实参对形参的修改不影响实参。 正确示范
上述代码就成功的把两整数 a 和 b 交换了。这⾥调⽤Swap函数的时候是将变量的地址传递给了函数这种函数调用方式叫传址调⽤。
总结传址调⽤可以让函数和主调函数之间建⽴真正的联系在函数内部可以修改主调函数中的变量。所以未来在调用函数时函数中需要修改主调函数中的变量的值就可以采⽤传址调⽤。如果函数中只需要主调函数中的变量值来实现计算就可以采用传值调用。 以上就是个人的理解。由于本人水平有限如有不足之处恳请各位老师指出。谢谢
