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- 一、前言
- 二、變量與指針的本質(zhì)
- 三、指針的幾個相關(guān)概念
- 四、指向不同數(shù)據(jù)類型的指針
- 五、總結(jié)
一、前言
如果問C語言中最重要、威力最大的概念是什么，答案必將是指針!威力大，意味著使用方便、高效，同時也意味著語法復(fù)雜、容易出錯。指針用的好，可以極大的提高代碼執(zhí)行效率、節(jié)約系統(tǒng)資源;如果用的不好，程序中將會充滿陷阱、漏洞。
這篇文章，我們就來聊聊指針。從最底層的內(nèi)存存儲空間開始，一直到應(yīng)用層的各種指針使用技巧，循序漸進、抽絲剝繭，以最直白的語言進行講解，讓你一次看過癮。
說明：為了方便講解和理解，文中配圖的內(nèi)存空間的地址是隨便寫的，在實際計算機中是要遵循地址對齊方式的。
二、變量與指針的本質(zhì)
1. 內(nèi)存地址
我們編寫一個程序源文件之后，編譯得到的二進制可執(zhí)行文件存放在電腦的硬盤上，此時它是一個靜態(tài)的文件，一般稱之為程序。
當(dāng)這個程序被啟動的時候，操作系統(tǒng)將會做下面幾件事情：
把程序的內(nèi)容(代碼段、數(shù)據(jù)段)從硬盤復(fù)制到內(nèi)存中;
創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)PCB(進程控制塊)，來描述這個程序的各種信息(例如：使用的資源，打開的文件描述符...);
在代碼段中定位到入口函數(shù)的地址，讓CPU從這個地址開始執(zhí)行。
當(dāng)程序開始被執(zhí)行時，就變成一個動態(tài)的狀態(tài)，一般稱之為進程。
內(nèi)存分為：物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存。操作系統(tǒng)對物理內(nèi)存進行管理、包裝，我們開發(fā)者面對的是操作系統(tǒng)提供的虛擬內(nèi)存。
這2個概念不妨礙文章的理解，因此就統(tǒng)一稱之為內(nèi)存。
在我們的程序中，通過一個變量名來定義變量、使用變量。變量本身是一個確確實實存在的東西，變量名是一個抽象的概念，用來代表這個變量。就比如：我是一個實實在在的人，是客觀存在與這個地球上的，道哥是我給自己起的一個名字，這個名字是任意取得，只要自己覺得好聽就行，如果我愿意還可以起名叫：鳥哥、龍哥等等。
那么，我們定義一個變量之后，這個變量放在哪里呢?那就是內(nèi)存的數(shù)據(jù)區(qū)。內(nèi)存是一個很大的存儲區(qū)域，被操作系統(tǒng)劃分為一個一個的小空間，操作系統(tǒng)通過地址來管理內(nèi)存。
內(nèi)存中的最小存儲單位是字節(jié)(8個bit)，一個內(nèi)存的完整空間就是由這一個一個的字節(jié)連續(xù)組成的。在上圖中，每一個小格子代表一個字節(jié)，但是好像大家在書籍中沒有這么來畫內(nèi)存模型的，更常見的是下面這樣的畫法：
也就是把連續(xù)的4個字節(jié)的空間畫在一起，這樣就便于表述和理解，特別是深入到代碼對齊相關(guān)知識時更容易理解。(我認(rèn)為根本原因應(yīng)該是：大家都這么畫，已經(jīng)看順眼了~~)
2. 32位與64位系統(tǒng)
我們平時所說的計算機是32位、64位，指的是計算機的CPU中寄存器的最大存儲長度，如果寄存器中最大存儲32bit的數(shù)據(jù)，就稱之為32位系統(tǒng)。
在計算機中，數(shù)據(jù)一般都是在硬盤、內(nèi)存和寄存器之間進行來回存取。CPU通過3種總線把各組成部分聯(lián)系在一起：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。地址總線的寬度決定了CPU的尋址能力，也就是CPU能達到的最大地址范圍。
剛才說了，內(nèi)存是通過地址來管理的，那么CPU想從內(nèi)存中的某個地址空間上存取一個數(shù)據(jù)，那么CPU就需要在地址總線上輸出這個存儲單元的地址。假如地址總線的寬度是8位，能表示的最大地址空間就是256個字節(jié)，能找到內(nèi)存中最大的存儲單元是255這個格子(從0開始)。即使內(nèi)存條的實際空間是2G字節(jié)，CPU也沒法使用后面的內(nèi)存地址空間。如果地址總線的寬度是32位，那么能表示的最大地址就是2的32次方，也就是4G字節(jié)的空間。
【注意】：這里只是描述地址總線的概念，實際的計算機中地址計算方式要復(fù)雜的多，比如：虛擬內(nèi)存中采用分段、分頁、偏移量來定位實際的物理內(nèi)存，在分頁中還有大頁、小頁之分，感興趣的同學(xué)可以自己查一下相關(guān)資料。
3. 變量
我們在C程序中使用變量來“代表”一個數(shù)據(jù)，使用函數(shù)名來“代表”一個函數(shù)，變量名和函數(shù)名是程序員使用的助記符。變量和函數(shù)最終是要放到內(nèi)存中才能被CPU使用的，而內(nèi)存中所有的信息(代碼和數(shù)據(jù))都是以二進制的形式來存儲的，計算機根據(jù)就不會從格式上來區(qū)分哪些是代碼、哪些是數(shù)據(jù)。CPU在訪問內(nèi)存的時候需要的是地址，而不是變量名、函數(shù)名。
問題來了：在程序代碼中使用變量名來指代變量，而變量在內(nèi)存中是根據(jù)地址來存放的，這二者之間如何映射(關(guān)聯(lián))起來的?
答案是：編譯器!編譯器在編譯文本格式的C程序文件時，會根據(jù)目標(biāo)運行平臺(就是編譯出的二進制程序運行在哪里?是x86平臺的電腦?還是ARM平臺的開發(fā)板?)來安排程序中的各種地址，例如：加載到內(nèi)存中的地址、代碼段的入口地址等等，同時編譯器也會把程序中的所有變量名，轉(zhuǎn)成該變量在內(nèi)存中的存儲地址。
變量有2個重要屬性：變量的類型和變量的值。
示例：代碼中定義了一個變量
- int a = 20;
類型是int型，值是20。這個變量在內(nèi)存中的存儲模型為：
我們在代碼中使用變量名a，在程序執(zhí)行的時候就表示使用0x11223344地址所對應(yīng)的那個存儲單元中的數(shù)據(jù)。因此，可以理解為變量名a就等價于這個地址0x11223344。換句話說，如果我們可以提前知道編譯器把變量a安排在地址0x11223344這個單元格中，我們就可以在程序中直接用這個地址值來操作這個變量。
在上圖中，變量a的值為20，在內(nèi)存中占據(jù)了4個格子的空間，也就是4個字節(jié)。為什么是4個字節(jié)呢?在C標(biāo)準(zhǔn)中并沒有規(guī)定每種數(shù)據(jù)類型的變量一定要占用幾個字節(jié)，這是與具體的機器、編譯器有關(guān)。
比如：32位的編譯器中：
- char: 1個字節(jié)；
- short int: 2個字節(jié)；
- int: 4個字節(jié)；
- long: 4個字節(jié)。
比如：64位的編譯器中：
- char: 1個字節(jié)；
- short int: 2個字節(jié)；
- int: 4個字節(jié)；
- long: 8個字節(jié)。
為了方便描述，下面都以32位為例，也就是int型變量在內(nèi)存中占據(jù)4個字節(jié)。
另外，0x11223344，0x11223345，0x11223346，0x11223347這連續(xù)的、從低地址到高地址的4個字節(jié)用來存儲變量a的數(shù)值20。在圖示中，使用十六進制來表示，十進制數(shù)值20轉(zhuǎn)成16進制就是：0x00000014，所以從開始地址依次存放0x00、0x00、0x00、0x14這4個字節(jié)(存儲順序涉及到大小端的問題，不影響文本理解)。
根據(jù)這個圖示，如果在程序中想知道變量a存儲在內(nèi)存中的什么位置，可以使用取地址操作符&，如下：
- printf("&a = 0x%x \n", &a);
這句話將會打印出：&a = 0x11223344。
考慮一下，在32位系統(tǒng)中：指針變量占用幾個字節(jié)?
4. 指針變量
指針變量可以分2個層次來理解：
指針變量首先是一個變量，所以它擁有變量的所有屬性：類型和值。它的類型就是指針，它的值是其他變量的地址。 既然是一個變量，那么在內(nèi)存中就需要為這個變量分配一個存儲空間。在這個存儲空間中，存放著其他變量的地址。
指針變量所指向的數(shù)據(jù)類型，這是在定義指針變量的時候就確定的。例如：int *p; 意味著指針指向的是一個int型的數(shù)據(jù)。
首先回答一下剛才那個問題，在32位系統(tǒng)中，一個指針變量在內(nèi)存中占據(jù)4個字節(jié)的空間。因為CPU對內(nèi)存空間尋址時，使用的是32位地址空間(4個字節(jié))，也就是用4個字節(jié)就能存儲一個內(nèi)存單元的地址。而指針變量中的值存儲的就是地址，所以需要4個字節(jié)的空間來存儲一個指針變量的值。
示例：
- int a = 20;
- int *pa;
- pa = &a;
- printf("value = %d \n", *pa);
在內(nèi)存中的存儲模型如下：
對于指針變量pa來說，首先它是一個變量，因此在內(nèi)存中需要有一個空間來存儲這個變量，這個空間的地址就是0x11223348;
其次，這個內(nèi)存空間中存儲的內(nèi)容是變量a的地址，而a的地址為0x11223344，所以指針變量pa的地址空間中，就存儲了0x11223344這個值。
這里對兩個操作符&和*進行說明：
&：取地址操作符，用來獲取一個變量的地址。上面代碼中&a就是用來獲取變量a在內(nèi)存中的存儲地址，也就是0x11223344。
*：這個操作符用在2個場景中：定義一個指針的時候，獲取一個指針?biāo)赶虻淖兞恐档臅r候。
- int pa; 這個語句中的表示定義的變量pa是一個指針，前面的int表示pa這個指針指向的是一個int類型的變量。不過此時我們沒有給pa進行賦值，也就是說此刻pa對應(yīng)的存儲單元中的4個字節(jié)里的值是沒有初始化的，可能是0x00000000，也可能是其他任意的數(shù)字，不確定;
- printf語句中的*表示獲取pa指向的那個int類型變量的值，學(xué)名叫解引用，我們只要記住是獲取指向的變量的值就可以了。
5. 操作指針變量
對指針變量的操作包括3個方面：
- 操作指針變量自身的值;
- 獲取指針變量所指向的數(shù)據(jù);
- 以什么樣數(shù)據(jù)類型來使用/解釋指針變量所指向的內(nèi)容。
5.1 指針變量自身的值
int a = 20;這個語句是定義變量a，在隨后的代碼中，只要寫下a就表示要操作變量a中存儲的值，操作有兩種：讀和寫。
printf("a = %d \n", a); 這個語句就是要讀取變量a中的值，當(dāng)然是20;
a = 100;這個語句就是要把一個數(shù)值100寫入到變量a中。
同樣的道理，int *pa;語句是用來定義指針變量pa，在隨后的代碼中，只要寫下pa就表示要操作變量pa中的值：
printf("pa = %d \n", pa); 這個語句就是要讀取指針變量pa中的值，當(dāng)然是0x11223344;
pa = &a;這個語句就是要把新的值寫入到指針變量pa中。再次強調(diào)一下，指針變量中存儲的是地址，如果我們可以提前知道變量a的地址是 0x11223344，那么我們也可以這樣來賦值:pa = 0x11223344;
思考一下，如果執(zhí)行這個語句printf("&pa =0x%x \n", &pa);，打印結(jié)果會是什么?
上面已經(jīng)說過，操作符&是用來取地址的，那么&pa就表示獲取指針變量pa的地址，上面的內(nèi)存模型中顯示指針變量pa是存儲在0x11223348這個地址中的，因此打印結(jié)果就是：&pa = 0x11223348。
5.2 獲取指針變量所指向的數(shù)據(jù)
指針變量所指向的數(shù)據(jù)類型是在定義的時候就明確的，也就是說指針pa指向的數(shù)據(jù)類型就是int型，因此在執(zhí)行printf("value = %d \n", *pa);語句時，首先知道pa是一個指針，其中存儲了一個地址(0x11223344)，然后通過操作符*來獲取這個地址(0x11223344)對應(yīng)的那個存儲空間中的值;又因為在定義pa時，已經(jīng)指定了它指向的值是一個int型，所以我們就知道了地址0x11223344中存儲的就是一個int類型的數(shù)據(jù)。
5.3 以什么樣的數(shù)據(jù)類型來使用/解釋指針變量所指向的內(nèi)容
如下代碼：
- int a = 30000;
- int *pa = &a;
- printf("value = %d \n", *pa);
根據(jù)以上的描述，我們知道printf的打印結(jié)果會是value = 30000，十進制的30000轉(zhuǎn)成十六進制是0x00007530，內(nèi)存模型如下：
現(xiàn)在我們做這樣一個測試：
- char *pc = 0x11223344;
- printf("value = %d \n", *pc);
指針變量pc在定義的時候指明：它指向的數(shù)據(jù)類型是char型，pc變量中存儲的地址是0x11223344。當(dāng)使用*pc獲取指向的數(shù)據(jù)時，將會按照char型格式來讀取0x11223344地址處的數(shù)據(jù)，因此將會打印value = 0(在計算機中，ASCII碼是用等價的數(shù)字來存儲的)。
這個例子中說明了一個重要的概念：在內(nèi)存中一切都是數(shù)字，如何來操作(解釋)一個內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)，完全是由我們的代碼來告訴編譯器的。剛才這個例子中，雖然0x11223344這個地址開始的4個字節(jié)的空間中，存儲的是整型變量a的值，但是我們讓pc指針按照char型數(shù)據(jù)來使用/解釋這個地址處的內(nèi)容，這是完全合法的。
以上內(nèi)容，就是指針最根本的心法了。把這個心法整明白了，剩下的就是多見識、多練習(xí)的問題了。
三、指針的幾個相關(guān)概念
1. const屬性
const標(biāo)識符用來表示一個對象的不可變的性質(zhì)，例如定義：
- const int b = 20;
在后面的代碼中就不能改變變量b的值了，b中的值永遠是20。同樣的，如果用const來修飾一個指針變量：
- int a = 20;
- int b = 20;
- int * const p = &a;
內(nèi)存模型如下：
這里的const用來修飾指針變量p，根據(jù)const的性質(zhì)可以得出結(jié)論：p在定義為變量a的地址之后，就固定了，不能再被改變了，也就是說指針變量pa中就只能存儲變量a的地址0x11223344。如果在后面的代碼中寫p = &b;，編譯時就會報錯，因為p是不可改變的，不能再被設(shè)置為變量b的地址。
但是，指針變量p所指向的那個變量a的值是可以改變的，即：*p = 21;這個語句是合法的，因為指針p的值沒有改變(仍然是變量c的地址0x11223344)，改變的是變量c中存儲的值。
與下面的代碼區(qū)分一下：
- int a = 20;
- int b = 20;
- const int *p = &a;
- p = &b;
這里的const沒有放在p的旁邊，而是放在了類型int的旁邊，這就說明const符號不是用來修飾p的，而是用來修飾p所指向的那個變量的。所以，如果我們寫p = &b;把變量b的地址賦值給指針p，就是合法的，因為p的值可以被改變。
但是這個語句*p = 21就是非法了，因為定義語句中的const就限制了通過指針p獲取的數(shù)據(jù)，不能被改變，只能被用來讀取。這個性質(zhì)常常被用在函數(shù)參數(shù)上，例如下面的代碼，用來計算一塊數(shù)據(jù)的CRC校驗，這個函數(shù)只需要讀取原始數(shù)據(jù)，不需要(也不可以)改變原始數(shù)據(jù)，因此就需要在形參指針上使用const修飾符：
- short int getDataCRC(const char *pData, int len)
- {
- short int crc = 0x0000;
- // 計算CRC
- return crc;
- }
2. void型指針
關(guān)鍵字void并不是一個真正的數(shù)據(jù)類型，它體現(xiàn)的是一種抽象，指明不是任何一種類型，一般有2種使用場景：
- 函數(shù)的返回值和形參;
- 定義指針時不明確規(guī)定所指數(shù)據(jù)的類型，也就意味著可以指向任意類型。
指針變量也是一種變量，變量之間可以相互賦值，那么指針變量之間也可以相互賦值，例如：
- int a = 20;
- int b = a;
- int *p1 = &a;
- int *p2 = p1;
變量a賦值給變量b，指針p1賦值給指針p2，注意到它們的類型必須是相同的：a和b都是int型，p1和p2都是指向int型，所以可以相互賦值。那么如果數(shù)據(jù)類型不同呢?必須進行強制類型轉(zhuǎn)換。例如：
- int a = 20;
- int *p1 = &a;
- char *p2 = (char *)p1;
內(nèi)存模型如下：
p1指針指向的是int型數(shù)據(jù)，現(xiàn)在想把它的值(0x11223344)賦值給p2，但是由于在定義p2指針時規(guī)定它指向的數(shù)據(jù)類型是char型，因此需要把指針p1進行強制類型轉(zhuǎn)換，也就是把地址0x11223344處的數(shù)據(jù)按照char型數(shù)據(jù)來看待，然后才可以賦值給p2指針。
如果我們使用void *p2來定義p2指針，那么在賦值時就不需要進行強制類型轉(zhuǎn)換了，例如：
- int a = 20;
- int *p1 = &a;
- void *p2 = p1;
指針p2是void*型，意味著可以把任意類型的指針賦值給p2，但是不能反過來操作，也就是不能把void*型指針直接賦值給其他確定類型的指針，而必須要強制轉(zhuǎn)換成被賦值指針?biāo)赶虻臄?shù)據(jù)類型，如下代碼，必須把p2指針強制轉(zhuǎn)換成int*型之后，再賦值給p3指針：
- int a = 20;
- int *p1 = &a;
- void *p2 = p1;
- int *p3 = (int *)p2;
我們來看一個系統(tǒng)函數(shù)：
- void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t len);
第一個參數(shù)類型是void*，這正體現(xiàn)了系統(tǒng)對內(nèi)存操作的真正意義：它并不關(guān)心用戶傳來的指針具體指向什么數(shù)據(jù)類型，只是把數(shù)據(jù)挨個存儲到這個地址對應(yīng)的空間中。
第二個參數(shù)同樣如此，此外還添加了const修飾符，這樣就說明了memcpy函數(shù)只會從src指針處讀取數(shù)據(jù)，而不會修改數(shù)據(jù)。
3. 空指針和野指針
一個指針必須指向一個有意義的地址之后，才可以對指針進行操作。如果指針中存儲的地址值是一個隨機值，或者是一個已經(jīng)失效的值，此時操作指針就非常危險了，一般把這樣的指針稱作野指針，C代碼中很多指針相關(guān)的bug就來源于此。
3.1 空指針：不指向任何東西的指針
在定義一個指針變量之后，如果沒有賦值，那么這個指針變量中存儲的就是一個隨機值，有可能指向內(nèi)存中的任何一個地址空間，此時萬萬不可以對這個指針進行寫操作，因為它有可能指向內(nèi)存中的代碼段區(qū)域、也可能指向內(nèi)存中操作系統(tǒng)所在的區(qū)域。
一般會將一個指針變量賦值為NULL來表示一個空指針，而C語言中，NULL實質(zhì)是 ((void*)0) ， 在C++中，NULL實質(zhì)是0。在標(biāo)準(zhǔn)庫頭文件stdlib.h中，有如下定義：
- #ifdef __cplusplus
- #define NULL 0
- #else
- #define NULL ((void *)0)
- #endif
3.2 野指針：地址已經(jīng)失效的指針
我們都知道，函數(shù)中的局部變量存儲在棧區(qū)，通過malloc申請的內(nèi)存空間位于堆區(qū)，如下代碼：
- int *p = (int *)malloc(4);
- *p = 20;
內(nèi)存模型為：
在堆區(qū)申請了4個字節(jié)的空間，然后強制類型轉(zhuǎn)換為int*型之后，賦值給指針變量p，然后通過*p設(shè)置這個地址中的值為14，這是合法的。如果在釋放了p指針指向的空間之后，再使用*p來操作這段地址，那就是非常危險了，因為這個地址空間可能已經(jīng)被操作系統(tǒng)分配給其他代碼使用，如果對這個地址里的數(shù)據(jù)強行操作，程序立刻崩潰的話，將會是我們最大的幸運!
- int *p = (int *)malloc(4);
- *p = 20;
- free(p);
- // 在free之后就不可以再操作p指針中的數(shù)據(jù)了。
- p = NULL; // 最好加上這一句。
四、指向不同數(shù)據(jù)類型的指針
1. 數(shù)值型指針
通過上面的介紹，指向數(shù)值型變量的指針已經(jīng)很明白了，需要注意的就是指針?biāo)赶虻臄?shù)據(jù)類型。
2. 字符串指針
字符串在內(nèi)存中的表示有2種：
用一個數(shù)組來表示，例如：char name1[8] = "zhangsan";
用一個char *指針來表示，例如：char *name2 = "zhangsan";
name1在內(nèi)存中占據(jù)8個字節(jié)，其中存儲了8個字符的ASCII碼值;name2在內(nèi)存中占據(jù)9個字節(jié)，因為除了存儲8個字符的ASCII碼值，在最后一個字符'n'的后面還額外存儲了一個'\0'，用來標(biāo)識字符串結(jié)束。
對于字符串來說，使用指針來操作是非常方便的，例如：變量字符串name2:
- char *name2 = "zhangsan";
- char *p = name2;
- while (*p != '\0')
- {
- printf("%c ", *p);
- p = p + 1;
- }
在while的判斷條件中，檢查p指針指向的字符是否為結(jié)束符'\0'。在循環(huán)體重，打印出當(dāng)前指向的字符之后，對指針比那里進行自增操作，因為指針p所指向的數(shù)據(jù)類型是char，每個char在內(nèi)存中占據(jù)一個字節(jié)，因此指針p在自增1之后，就指向下一個存儲空間。
也可以把循環(huán)體中的2條語句寫成1條語句：
- printf("%c ", *p++);
假如一個指針指向的數(shù)據(jù)類型為int型，那么執(zhí)行p = p + 1;之后，指針p中存儲的地址值將會增加4，因為一個int型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中占據(jù)4個字節(jié)的空間，如下所示：
思考一個問題：void*型指針能夠遞增嗎?如下測試代碼：
- int a[3] = {1, 2, 3};
- void *p = a;
- printf("1: p = 0x%x \n", p);
- p = p + 1;
- printf("2: p = 0x%x \n", p);
打印結(jié)果如下：
- 1: p = 0x733748c0
- 2: p = 0x733748c1
說明void*型指針在自增時，是按照一個字節(jié)的跨度來計算的。
3. 指針數(shù)組與數(shù)組指針
這2個說法經(jīng)常會混淆，至少我是如此，先看下這2條語句：
- int *p1[3]; // 指針數(shù)組
- int (*p2)[3]; // 數(shù)組指針
3.1 指針數(shù)組
第1條語句中：中括號[]的優(yōu)先級高，因此與p1先結(jié)合，表示一個數(shù)組，這個數(shù)組中有3個元素，這3個元素都是指針，它們指向的是int型數(shù)據(jù)?？梢赃@樣來理解：如果有這個定義char p[3]，很容易理解這是一個有3個char型元素的數(shù)組，那么把char換成int*，意味著數(shù)組里的元素類型是int*型(指向int型數(shù)據(jù)的指針)。內(nèi)存模型如下(注意：三個指針指向的地址并不一定是連續(xù)的)：
如果向指針數(shù)組中的元素賦值，需要逐個把變量的地址賦值給指針元素：
- int a = 1, b = 2, c = 3;
- char *p1[3];
- p1[0] = &a;
- p1[1] = &b;
- p1[2] = &c;
3.2 數(shù)組指針
第2條語句中：小括號讓p2與*結(jié)合，表示p2是一個指針，這個指針指向了一個數(shù)組，數(shù)組中有3個元素，每一個元素的類型是int型。可以這樣來理解：如果有這個定義int p[3]，很容易理解這是一個有3個char型元素的數(shù)組，那么把數(shù)組名p換成是*p2，也就是p2是一個指針，指向了這個數(shù)組。內(nèi)存模型如下(注意：指針指向的地址是一個數(shù)組，其中的3個元素是連續(xù)放在內(nèi)存中的)：
在前面我們說到取地址操作符&，用來獲得一個變量的地址。凡事都有特殊情況，對于獲取地址來說，下面幾種情況不需要使用&操作符：
字符串字面量作為右值時，就代表這個字符串在內(nèi)存中的首地址;
數(shù)組名就代表這個數(shù)組的地址，也等于這個數(shù)組的第一個元素的地址;
函數(shù)名就代表這個函數(shù)的地址。
因此，對于一下代碼，三個printf語句的打印結(jié)果是相同的：
- int a[3] = {1, 2, 3};
- int (*p2)[3] = a;
- printf("0x%x \n", a);
- printf("0x%x \n", &a);
- printf("0x%x \n", p2);
思考一下，如果對這里的p2指針執(zhí)行p2 = p2 + 1;操作，p2中的值將會增加多少?
答案是12個字節(jié)。因為p2指向的是一個數(shù)組，這個數(shù)組中包含3個元素，每個元素占據(jù)4個字節(jié)，那么這個數(shù)組在內(nèi)存中一共占據(jù)12個字節(jié)，因此p2在加1之后，就跳過12個字節(jié)。
4. 二維數(shù)組和指針
一維數(shù)組在內(nèi)存中是連續(xù)分布的多個內(nèi)存單元組成的，而二維數(shù)組在內(nèi)存中也是連續(xù)分布的多個內(nèi)存單元組成的，從內(nèi)存角度來看，一維數(shù)組和二維數(shù)組沒有本質(zhì)差別。
和一維數(shù)組類似，二維數(shù)組的數(shù)組名表示二維數(shù)組的第一維數(shù)組中首元素的首地址，用代碼來說明：
- int a[3][3] = {{1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9}}; // 二維數(shù)組
- int (*p0)[3] = NULL; // p0是一個指針，指向一個數(shù)組
- int (*p1)[3] = NULL; // p1是一個指針，指向一個數(shù)組
- int (*p2)[3] = NULL; // p2是一個指針，指向一個數(shù)組
- p0 = a[0];
- p1 = a[1];
- p2 = a[2];
- printf("0: %d %d %d \n", *(*p0 + 0), *(*p0 + 1), *(*p0 + 2));
- printf("1: %d %d %d \n", *(*p1 + 0), *(*p1 + 1), *(*p1 + 2));
- printf("2: %d %d %d \n", *(*p2 + 0), *(*p2 + 1), *(*p2 + 2));
打印結(jié)果是：
- 0: 1 2 3
- 1: 4 5 6
- 2: 7 8 9
我們拿第一個printf語句來分析：p0是一個指針，指向一個數(shù)組，數(shù)組中包含3個元素，每個元素在內(nèi)存中占據(jù)4個字節(jié)。現(xiàn)在我們想獲取這個數(shù)組中的數(shù)據(jù)，如果直接對p0執(zhí)行加1操作，那么p0將會跨過12個字節(jié)(就等于p1中的值了)，因此需要使用解引用操作符*，把p0轉(zhuǎn)為指向int型的指針，然后再執(zhí)行加1操作，就可以得到數(shù)組中的int型數(shù)據(jù)了。
5. 結(jié)構(gòu)體指針
C語言中的基本數(shù)據(jù)類型是預(yù)定義的，結(jié)構(gòu)體是用戶定義的，在指針的使用上可以進行類比，唯一有區(qū)別的就是在結(jié)構(gòu)體指針中，需要使用->箭頭操作符來獲取結(jié)構(gòu)體中的成員變量，例如：
- typedef struct
- {
- int age;
- char name[8];
- } Student;
- Student s;
- s.age = 20;
- strcpy(s.name, "lisi");
- Student *p = &s;
- printf("age = %d, name = %s \n", p->age, p->name);
看起來似乎沒有什么技術(shù)含量，如果是結(jié)構(gòu)體數(shù)組呢?例如：
- Student s[3];
- Student *p = &s;
- printf("size of Student = %d \n", sizeof(Student));
- printf("1: 0x%x, 0x%x \n", s, p);
- p++;
- printf("2: 0x%x \n", p);
打印結(jié)果是：
- size of Student = 12
- 1: 0x4c02ac00, 0x4c02ac00
- 2: 0x4c02ac0c
在執(zhí)行p++操作后，p需要跨過的空間是一個結(jié)構(gòu)體變量在內(nèi)存中占據(jù)的大小(12個字節(jié))，所以此時p就指向了數(shù)組中第2個元素的首地址，內(nèi)存模型如下：
6. 函數(shù)指針
每一個函數(shù)在經(jīng)過編譯之后，都變成一個包含多條指令的集合，在程序被加載到內(nèi)存之后，這個指令集合被放在代碼區(qū)，我們在程序中使用函數(shù)名就代表了這個指令集合的開始地址。
函數(shù)指針，本質(zhì)上仍然是一個指針，只不過這個指針變量中存儲的是一個函數(shù)的地址。函數(shù)最重要特性是什么?可以被調(diào)用!因此，當(dāng)定義了一個函數(shù)指針并把一個函數(shù)地址賦值給這個指針時，就可以通過這個函數(shù)指針來調(diào)用函數(shù)。
如下示例代碼：
- int add(int x,int y)
- {
- return x+y;
- }
- int main()
- {
- int a = 1, b = 2;
- int (*p)(int, int);
- p = add;
- printf("%d + %d = %d\n", a, b, p(a, b));
- }
前文已經(jīng)說過，函數(shù)的名字就代表函數(shù)的地址，所以函數(shù)名add就代表了這個加法函數(shù)在內(nèi)存中的地址。int (*p)(int, int);這條語句就是用來定義一個函數(shù)指針，它指向一個函數(shù)，這個函數(shù)必須符合下面這2點(學(xué)名叫：函數(shù)簽名)：
- 有2個int型的參數(shù);
- 有一個int型的返回值。
代碼中的add函數(shù)正好滿足這個要求，因此，可以把add賦值給函數(shù)指針p，此時p就指向了內(nèi)存中這個函數(shù)存儲的地址，后面就可以用函數(shù)指針p來調(diào)用這個函數(shù)了。
在示例代碼中，函數(shù)指針p是直接定義的，那如果想定義2個函數(shù)指針，難道需要像下面這樣定義嗎?
- int (*p)(int, int);
- int (*p2)(int, int);
這里的參數(shù)比較簡單，如果函數(shù)很復(fù)雜，這樣的定義方式豈不是要煩死?可以用typedef關(guān)鍵字來定義一個函數(shù)指針類型：
- typedef int (*pFunc)(int, int);
然后用這樣的方式pFunc p1, p2;來定義多個函數(shù)指針就方便多了。注意：只能把與函數(shù)指針類型具有相同簽名的函數(shù)賦值給p1和p2，也就是參數(shù)的個數(shù)、類型要相同，返回值也要相同。
注意：這里有幾個小細節(jié)稍微了解一下：
在賦值函數(shù)指針時，使用p = &a;也是可以的;
使用函數(shù)指針調(diào)用時，使用(*p)(a, b);也是可以的。
這里沒有什么特殊的原理需要講解，最終都是編譯器幫我們處理了這里的細節(jié)，直接記住即可。
函數(shù)指針整明白之后，再和數(shù)組結(jié)合在一起：函數(shù)指針數(shù)組。示例代碼如下：
- int add(int a, int b) { return a + b; }
- int sub(int a, int b) { return a - b; }
- int mul(int a, int b) { return a * b; }
- int divide(int a, int b) { return a / b; }
- int main()
- {
- int a = 4, b = 2;
- int (*p[4])(int, int);
- p[0] = add;
- p[1] = sub;
- p[2] = mul;
- p[3] = divide;
- printf("%d + %d = %d \n", a, b, p[0](a, b));
- printf("%d - %d = %d \n", a, b, p[1](a, b));
- printf("%d * %d = %d \n", a, b, p[2](a, b));
- printf("%d / %d = %d \n", a, b, p[3](a, b));
- }
這條語句不太好理解:int (*p[4])(int, int);，先分析中間部分，標(biāo)識符p與中括號[]結(jié)合(優(yōu)先級高)，所以p是一個數(shù)組，數(shù)組中有4個元素;然后剩下的內(nèi)容表示一個函數(shù)指針，那么就說明數(shù)組中的元素類型是函數(shù)指針，也就是其他函數(shù)的地址，內(nèi)存模型如下：
如果還是難以理解，那就回到指針的本質(zhì)概念上：指針就是一個地址!這個地址中存儲的內(nèi)容是什么根本不重要，重要的是你告訴計算機這個內(nèi)容是什么。如果你告訴它：這個地址里存放的內(nèi)容是一個函數(shù)，那么計算機就去調(diào)用這個函數(shù)。那么你是如何告訴計算機的呢，就是在定義指針變量的時候，僅此而已!
五、總結(jié)
我已經(jīng)把自己知道的所有指針相關(guān)的概念、語法、使用場景都作了講解，就像一個小酒館的掌柜，把自己的美酒佳肴都呈現(xiàn)給你，但愿你已經(jīng)酒足飯飽!
如果以上的內(nèi)容太多，一時無法消化，那么下面的這兩句話就作為飯后甜點為您奉上，在以后的編程中，如果遇到指針相關(guān)的困惑，就想一想這兩句話，也許能讓你茅塞頓開。
指針就是地址，地址就是指針。
指針就是指向內(nèi)存中的一塊空間，至于如何來解釋/操作這塊空間，由這個指針的類型來決定。
另外還有一點囑咐，那就是學(xué)習(xí)任何一門編程語言，一定要弄清楚內(nèi)存模型，內(nèi)存模型，內(nèi)存模型!
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