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C语言的指针详细介绍

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C语言的指针

C语言最臭名昭著的是就是其指针的使用，也是C语言的精华所在。很多人在学习C语言时，吐槽指针特别难以学习和使用。今天我们来探讨一下C语言指针的问题。

指针的引入

C语言一个特点就是一切皆内存，定义任何类型的变量，都要分配内存。在函数里定义变量，需要在栈内存上非配；定义全局变量，需要在静态内存区分配内存，就连定义函数，也要在静态区分配内存(这就是所谓的代码段存储区域)；不固定大小的内存，需要在动态区分配内存。

有了内存，就需要操作内存，也就是读取或者写入内存数据。C语言的最简单的内存操作就是通过赋值操作符(=)实现。比如下面的代码，赋值给变量a，实际就是改变a变量占用的内存的数据； 甚至是用户自定义的结构体变量c，也可以直接使用赋值运算符将b占用的内存块的数据拷贝到c占用的内存块，来完成内存的读写操作。之

int a;
a = 6;

strcut a_t
{
   int m_a;
   char m_b;
   shor m_c;
};

struct a_t b;
a.m_a = 1;
a.m_b = 2;
a.m_c = 3;

struct a_t c;
//使用赋值运算符，将b里面所有成员的值赋给c里面的成员，即完成内存拷贝操作。
c = b;

所以可以这样操作，是因为C语言的变量包含内存的地址(通过&取)和内存大小(通过sizeof取)，知道这两个信息，即使没有赋值运算符，也可以使用memcpy实现赋值的功能。比如下面的代码，完全可以不使用赋值运算符，但实现了赋值的目的。

#include 
static int g_test = 0;

int main()
{
    int a = 1;
    //这里我们使用memcpy操作内存，实现赋值的操作
    memcpy(&g_test, &a, sizeof(a));
    
    return 0;
}

但是这里有一个问题，即使C语言的函数参数传递只有值传递，就是说所有的变量通过参数传递，都会产生一份拷贝，唯一的办法就是传递变量的地址，这就产生的了用一个专门的类型来存储变量的内存地址的需求，指针应运而生了，这样做有下面的好处：

  • 用一个专门的类型保存内存地址，比用现有类型(int, unsigned int)更方便，因为指针确定了内存地址的大小。

  • 引入语法，为了方便操作内存：像上面的操作一个语句就可以解决了int *addr = &g_test; *addr = 1;这个可能还不太明显，但是到了结构体有很多成员变量，我们就要自己算每个成员的偏移量了，而指针可以直接找到每个成员的地址， 如指针的->符号操作，也可以使用[]进行内存的偏移操作。

二级指针

C语言引入了指针，又衍生出个二级指针的概念，直接弄晕了一部分新生，其实二级指针只是语法的体现，本质上也是指针，是用来存储内存地址的，这个本质没有变化。比如：

int a = 0;
//p1存储a的地址
int *p1 = &a;
//p2存储p1的地址
int **p2 = &p;

C语言的所有变量都是内存，都可以取地址，指针变量也不例外。不管是几级指针，都可以当做一级指针使用, 只要自己知道当前变量的意义然后处理好就可以了，比如下面的代码：

int alloc_mem(char *p, int size)
{
    char *tmp_p = (char *)malloc(size);
    //*p存储的是`p1`或者`p2`变量的内存地址，用memcpy直接将分配的内存地址付给到p指向的内存
    memcpy(p, &tmp_p, sizeof(char *));
    
    return 0;
}

int alloc_mem1(char **p, int size)
{
    *p = (char *)malloc(size);
        
    return 0;
}

int main()
{
    char *p1 = NULL;
    char *p2 = NULL;
    
    //利用c语言的强转
    alloc_mem((char *)&p1, 2);
    
    //利用二级指针
    alloc_mem1(&p2, 2);
}

上面的alloc_mem和alloc_mem1效果是一样的，只不过alloc_mem1使用的二级指针的概念。

指针与数组

指针与数组有者本质的区别，指针用来存储一块内存的地址，严格的来说是一块内存的起始地址，至于这块内存有多大，是不知道的，必须使用者显式的指定。比如memcpy这个函数，原型如下：

void *memcpy(void *dst, const void *src, size_t n);

dst指针指的是目标内存的起始地址，但是其指向的内存到底有多大，必须由参数n来给出，负责函数无法知道是否溢出了。而数组本身就是一块内存，包括数组的起始地址和大小，比如我们定义一个数组：

//该数组的起始地址为&arr，大小为sizeof(arr)
int arr[32];

arr数组的地址为&a,数组的大小为sizeof(arr)。这里就产生一个问题，就是如何通过函数参数传递数组，C语言是不支持传递数组的，它会默认把数组转换为数组的起始地址的指针。所以C语言函数传递数组，需要额外带上数组的大小，以防止内存溢出的问题。实际上，只要传递指针参数给函数，都要带上这个指针指向内存的大小。

指针难学？

大部分人都认为指针难学，其实不在指针本身，而是指针指向的内容——内存。C语言要保存数据，可以在栈上分配，这部分内存的作用域仅限于函数内部；可以在静态区分配内存，这个区域的内存作用域是全局的，但仅限于确定大小的内存；可以在动态区分配内存，这部分的内存作用域是全局的，支持可变大小的内存。C语言程序存储数据的大部分内存都是在动态区分配的。这就产生了内存管理问题，包括单不限于：

  • 内存的分配

  • 内存的释放

  • 内存大小的检查

  • 内存分配失败的处理

  • 边界的处理：字符总是以0结尾

  • 读越界的处理：在有效内存之外读数据

  • 写越界的处理：在有效内存之外写数据

由于以上问题的存在，导致C语言不像java，python那样使用起来方便，因为这些语言都有垃圾回收器，不用使用者处理关于内存的问题。这才是C语言难学的根本。

结论

  • 指针是存储内存地址的数据类型，C语言可以根据内存地址操作内存。

  • 指针和数组不相同，指针存储的是内存的起始地址，不包括内存的大小；数组既有起始地址，也有大小。

  • 通过函数传递指针，除了指针参数本身，还要带上指针指向内存的大小。

  • 指针难学并非指针本身，而是内存管理难处理

感谢各位的阅读，以上就是“C语言的指针详细介绍”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对C语言的指针详细介绍这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！


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