内存地址

• 字节：字节是内存的容量单位，英文称为 byte，一个字节有8位，即 1byte = 8bits
• 地址：系统为了便于区分每一个字节而对它们逐一进行的编号，称为内存地址，简称地址。

基地址

• 单字节数据：对于单字节数据而言，其地址就是其字节编号。
• 多字节数据：对于多字节数据而言，其地址是其所有字节中编号最小的那个，称为基地址。

取址符

• 每个变量都是一块内存，都可以通过取址符 & 获取其地址??%p
• 例如：

int?a = 100;

printf("整型变量 a 的地址是: %p\n", &a);

char?c = 'x';

printf("字符变量 c 的地址是: %p\n", &c);

double?f = 3.14;

printf("浮点变量 f 的地址是: %p\n", &f);

• 注意：
  • 虽然不同的变量的尺寸是不同的，但是他们的地址的尺寸确实一样的。
  • 不同的地址虽然形式上看起来是一样的，但由于他们代表的内存尺寸和类型都不同，因此它们在逻辑上是严格区分的。

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指针基础

• 指针的概念：
  • 地址。比如 &a 是一个地址，也是一个指针，&a 指向变量 a。
  • 专门用于存储地址的变量，又称指针变量。
• 指针的定义：

int????*p1; // 用于存储 int ?型数据的地址，p1 被称为 int ?型指针，或称整型指针

char???*p2; // 用于存储 char 型数据的地址，p2 被称为 char 型指针，或称字符指针

double?*p3; // 用于存储double型数据的地址，p3 被称为 double 型指针

• 指针的赋值：赋给指针的地址，类型需跟指针的类型相匹配。

int?a = 100;

p1 = &a; // 将一个整型地址，赋值给整型指针p1

char?c = 'x';

p2 = &c; // 将一个字符地址，赋值给字符指针p2

double?f = 3.14;

p3 = &f; // 将一个浮点地址，赋值给浮点指针p3

• 指针的索引：通过指针，取得其指向的目标

*p1 = 200; // 将 p1 指向的目标（即a）修改为200，等价于 a = 200;

*p2 = 'y'; // 将 p2 指向的目标（即c）修改为'y'，等价于 c = 'y';

*p3 = 6.6; // 将 p3 指向的目标（即f）修改为6.6，等价于 f = 6.6;

• 指针的尺寸
  • 指针尺寸指的是指针所占内存的字节数
  • 指针所占内存，取决于地址的长度，而地址的长度则取决于系统寻址范围，即字长
  • 结论：指针尺寸只跟系统的字长有关，跟具体的指针的类型无关

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void型指针

• 概念：无法明确指针所指向的数据类型时，可以将指针定义为 void 型指针
• 要点：
  1. void 型指针无法直接索引目标，必须将其转换为一种具体类型的指针方可索引目标
  2. void 型指针无法进行加减法运算
• void关键字的三个作用：
  1. 修饰指针，表示指针指向一个类型未知的数据。
  2. 修饰函数参数列表，表示函数不接收任何参数。
  3. 修饰函数返回类型，表示函数不返回任何数据。
• 示例：

// 指针 p 指向一块 4 字节的内存，且这4字节数据类型未确定

void?*p = malloc(4);

// 1，将这 4 字节内存用来存储 int 型数据

*(int?*)p = 100;

printf("%d\n", *(int?*)p);

// 2，将这 4 字节内存用来存储 float 型数据

*(float?*)p = 3.14;

printf("%f\n", *(float?*)p);

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野指针

• 概念：指向一块未知区域的指针，被称为野指针。野指针是危险的。

• 危害：
  1. 引用野指针，相当于访问了非法的内存，常常会导致段错误（segmentation fault）
  2. 引用野指针，可能会破坏系统的关键数据，导致系统崩溃等严重后果
• 产生原因：
  1. 指针定义之后，未初始化
  2. 指针所指向的内存，被系统回收
  3. 指针越界
• 如何防止：
  1. 指针定义时，及时初始化
  2. 绝不引用已被系统回收的内存
  3. 确认所申请的内存边界，谨防越界

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空指针

????????很多情况下，我们不可避免地会遇到野指针，比如刚定义的指针无法立即为其分配一块恰当的内存，又或者指针所指向的内存被释放了等等。一般的做法就是将这些危险的野指针指向一块确定的内存，比如零地址内存。

• 概念：空指针即保存了零地址的指针，亦即指向零地址的指针。
• 示例：

// 1，刚定义的指针，让其指向零地址以确保安全:

char?*p1 = NULL;

int??*p2 = NULL;

// 2，被释放了内存的指针，让其指向零地址以确保安全：

char?*p3 = malloc(100); // a. 让 p3 指向一块大小为100个字节的内存

free(p3); ??????????????// b. 释放这块内存，此时 p3 相当于指向了一块非法内存

p3 = NULL; ?????????????// c. 让 p3 指向零地址

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指针运算

• 指针加法意味着地址向上移动若干个目标
• 指针减法意味着地址向下移动若干个目标
• 示例：

int??a = 100;

int?*p = &a; // 指针 p 指向整型变量 a

int?*k1 = p + 2; // 向上移动 2 个目标（2个int型数据）

int?*k2 = p - 3; // 向下移动 3 个目标（3个int型数据）

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数组名涵义

• 数组名有两个含义：
  • 第一含义是：整个数组
  • 第二含义是：首元素地址
• 当出现以下情形时，那么数组名就代表整个数组：
  • 在数组定义中
  • 在 sizeof 运算表达式中
  • 在取址符&中
• 其他任何情形下，那么数组名就代表首元素地址。即：此时数组名就是一个指向首元素的指针。
• 示例：

int?a[3]; ?????????????????// 此处，a 代表整个数组

printf("%d\n", sizeof(a)); // 此处，a 代表整个数组

printf("%p\n", &a); ???????// 此处，a 代表整个数组，此处为整个数组的地址

int?*p = a; ??????// 此处，a 代表首元素 a[0] 的地址，等价于 &a[0]

p = a + 1; ???????// 此处，a 代表首元素 a[0] 的地址，等价于 &a[0]

function(a); ?????// 此处，a 代表首元素 a[0] 的地址，等价于 &a[0]

scanf("%d\n", a); // 此处，a 代表首元素 a[0] 的地址，等价于 &a[0]

????????C语言只有在第一含义的场合下表现为数组，其他大部分场合都表现为首元素的地址，当数组表现为首元素地址时，实际上就是一个指向其首元素的指针。数组运算实际上就是指针运算。

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数组下标

• 数组下标实际上是编译系统的一种简写，其等价形式是：

????????????????????????a[i] = 100; ?等价于 ?*(a+i) = 100;

• 根据加法交换律，以下的所有的语句均是等价的：

??a[i] = 100;

*(a+i) = 100;

*(i+a) = 100;

??i[a] = 100;

• 数组运算，等价于指针运算。

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字符串常量

• 字符串常量在内存中的存储，实质是一个匿名数组
• 匿名数组，同样满足数组两种涵义的规定
• 示例：

printf("%d\n", sizeof("abcd")); // 此处 "abcd" 代表整个数组

printf("%p\n", &"abcd"); ???????// 此处 "abcd" 代表整个数组

printf("%c\n", "abcd"[1]); // 此处 "abcd" 代表匿名数组的首元素地址

char?*p1 = "abcd"; ????????// 此处 "abcd" 代表匿名数组的首元素地址

char?*p2 = "abcd"?+ 1; ????// 此处 "abcd" 代表匿名数组的首元素地址

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char型指针

????????char型指针实质上跟别的类型的指针并无本质区别，但由于C语言中的字符串以字符数组的方式存储，而数组在大多数场合又会表现为指针，因此字符串在绝大多数场合就表现为char型指针。

• 定义：

????????????????char?*p = "abcd";

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多级指针

• 如果一个指针变量 p1 存储的地址，是另一个普通变量 a 的地址，那么称 p1 为一级指针
• 如果一个指针变量 p2 存储的地址，是指针变量 p1 的地址，那么称 p2 为二级指针
• 如果一个指针变量 p3 存储的地址，是指针变量 p2 的地址，那么称 p3 为三级指针
• 以此类推，p2、p3等指针被称为多级指针
• 示例：

int?a = 100;

int???*p1 = &a; ?// 一级指针，指向普通变量

int??**p2 = &p1; // 二级指针，指向一级指针

int?***p3 = &p2; // 三级指针，指向二级指针

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指针万能拆解法

• 任意的指针，不管有多复杂，其定义都由两部分组成。
  • 第1部分：指针所指向的数据类型，可以是任意的类型
  • 第2部分：指针的名字

• 示例：

char???(*p1); ?????// 第2部分：*p1; 第1部分：char;

char??*(*p2); ?????// 第2部分：*p2; 第1部分：char *;

char?**(*p3); ?????// 第2部分：*p3; 第1部分：char **;

char???(*p4)[3]; ?// 第2部分：*p4; 第1部分：char [3];

char???(*p5)(int, float); // 第2部分：*p5; 第1部分：char (int, float);

• 注解：

1. 上述示例中，p1、p2、p3、p4、p5本质上并无区别，它们均是指针
2. 上述示例中，p1、p2、p3、p4、p5唯一的不同，是它们所指向的数据类型不同
3. 第1部分的声明语句，如果由多个单词组成，C语言规定需要将其拆散写到第2部分的两边

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const 型指针