C語言全方位講解指針與地址和數(shù)組函數(shù)堆空間的關(guān)系
一、一種特殊的變量-指針
指針是C語言中的變量
- 因?yàn)槭亲兞?，所以用于保存具體值
- 特殊之處，指針保存的值是內(nèi)存中的地址
- 內(nèi)存地址是什么?
- 內(nèi)存是計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)部件，每個(gè)存儲(chǔ)單元有固定唯一的編號(hào)
- 內(nèi)存中存儲(chǔ)單元的編號(hào)即內(nèi)存地址
需要弄清楚的事實(shí)
- 程序中的一切元素都存在于內(nèi)存中，因此，可通過內(nèi)存地址訪問程序元素。
內(nèi)存示例
獲取地址
- C語言中通過 & 操作符獲取程序元素的地址
- & 可獲取變量，數(shù)組，函數(shù)的起始地址
- 內(nèi)存地址的本質(zhì)是一個(gè)無符號(hào)整數(shù)(4字節(jié)或8字節(jié))
下面看一個(gè)簡單的例子：
#include<stdio.h>
int main()
{
int var = 0;
printf("var value = %d\n", var);
printf("var address = %p\n", &var);
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
注意事項(xiàng)
- 只有通過 內(nèi)存地址＋長度 才能確定一個(gè)變量中保存的值。
指針定義語法：
type *point;
- type - 數(shù)據(jù)類型，決定訪問內(nèi)存時(shí)的長度范圍
- * 標(biāo)志，意味著定義一個(gè)指針變量
- pointer 變量名，遵循C語言命名規(guī)則
例如：
int main()
{
char* pChar;
short* pShort;
int* pInt;
float* pFloat;
double* pDouble;
return 0;
}指針內(nèi)存訪問：
* pointer
- 指針訪問操作符（*）作用于指針變量即可訪問內(nèi)存數(shù)據(jù)
- 指針的類型決定通過地址訪問內(nèi)存時(shí)的長度范圍
- 指針的類型統(tǒng)一占用 4 字節(jié)或 8 字節(jié)
即：sizeof(type*) == 4或 sizeof(type*) == 8
下面看一段代碼，感受一下：
#include <stdio.h>
int main()
{
int var = 0;
int another = 0;
int* pVar = NULL;
printf("1. var = %d\n", var);
printf("1. pVar = %p\n", pVar);
pVar = &var; // 使用指針保存變量的地址
*pVar = 100; // *pVar 等價(jià)于 var ， var = 100;
printf("2. var = %d\n", var);
printf("2. pVar = %p\n", pVar);
pVar = &another; // 改變了 pVar 的指向，使得 pVar 保存 another 的地址
*pVar = 1000; // another = 1000;
printf("3. another = %d\n", another);
printf("3. pVar = %p\n", pVar);
printf("4. add ==> %d\n", var + another + *pVar); // 100 + 1000 + 1000 ==> 2100
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
注意 NULL 地址為 00000000
小結(jié)
- 指針是C語言中的變量（本質(zhì)為容器)
- 指針專用于保存程序元素的內(nèi)存地址
- 可使用 * 操作符通過指針訪問程序元素本身
- 指針也有類型，指針類型由 數(shù)據(jù)類型＋* 構(gòu)成
二、深入理解指針與地址
靈魂三問
- 指針類型和普通類型之間的關(guān)系是什么?
- 何看待“內(nèi)存地址＋長度才能訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)”?
- 不同類型的指針可以相互賦值嗎?
初學(xué)指針的軍規(guī)
- Type* 類型的指針只保存 Type 類型變量的地址
- 禁止不同類型的指針相互賦值
- 禁止將普通數(shù)值當(dāng)作地址賦值給指針
注意：指針保存的地址必須是有效地址
下面看一段代碼：
#include <stdio.h>
int main()
{
int i = 10;
float f = 10;
int* pi = &f; // WARNING
float* pf = &f; // OK
printf("pi = %p, pf = %p\n", pi, pf);
printf("*pi = %d, *pf = %f\n", *pi, *pf);
pi = i; // WARNING
*pi = 110; // OOPS
printf("pi = %p, *pi = %d\n", pi, *pi);
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
這個(gè)程序犯了兩個(gè)錯(cuò)誤：
1、將不同類型的指針相互賦值，雖然 int 類型的指針變量保存的地址是對(duì)的，但是其所保存的值是錯(cuò)的。
2、 將普通數(shù)值當(dāng)作地址賦值給指針，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)誤，不能正確輸出
編寫函數(shù)交換兩個(gè)變量的值
- 想要編寫函數(shù)交換變量的值，那么，必須有能力在函數(shù)內(nèi)部修改函數(shù)外部的變量!!!
看下面的代碼：
#include <stdio.h>
void func(int* p)
{
*p = 100; // 修改內(nèi)存中 4 字節(jié)的數(shù)據(jù)，即：修改一個(gè)整型變量的值
}
void swap(int* pa, int* pb)
{
int t = 0;
t = *pa;
*pa = *pb;
*pb = t;
}
int main()
{
int var = 0;
int a = 1, b = 2;
printf("1. var = %d\n", var);
func( &var );
printf("2. var = %d\n", var);
printf("3. a = %d, b = %d\n", a, b);
swap(&a, &b);
printf("4. a = %d, b = %d\n", a, b);
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
小結(jié)論
可以利用指針從函數(shù)中“返回”多個(gè)值 (return只能返回一個(gè)值)!!
下面看一段代碼：
#include <stdio.h>
int calculate(int n, long long* pa, long long* pm)
{
int ret = 1;
if( (1 <= n) && (n <= 20) )
{
int i = 0;
*pa = 0;
*pm = 1;
for(i=1; i<=n; i++)
{
*pa = *pa + i;
*pm = *pm * i;
}
}
else
{
ret = 0;
}
return ret;
}
int main()
{
long long ar = 0;
long long mr = 0;
if( calculate(5, &ar, &mr) )
printf("ar = %lld, mr = %lld\n", ar, mr);
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
這段代碼中的子函數(shù)通過指針，計(jì)算了1加到5以及1乘到5的值，這就間接地通過指針從子函數(shù)“返回”多個(gè)值
小結(jié)
指針是變量，因此賦值時(shí)必須保證類型相同
指針變量保存的地址必須是有效地址
通過指針參數(shù)
- 一能夠?qū)崿F(xiàn)函數(shù)交換變量的值
- 一能夠從函數(shù)中“返回”多個(gè)值
三、指針與數(shù)組（上）
問題
- 數(shù)組的本質(zhì)是一片連續(xù)的內(nèi)存，那么，數(shù)組的地址是什么？如何獲取?
一些事實(shí)
- 使用取地址操作符&獲取數(shù)組的地址
- 數(shù)組名可看作一個(gè)指針，代表數(shù)組中 0 元素的地址
- 當(dāng)指針指向數(shù)組元素時(shí)，可進(jìn)行指針運(yùn)算（指針移動(dòng))
深入理解數(shù)組地址( int a[]= {1, 2, 3, 4, 5}; )
- &a 與 a 在數(shù)值上相同，但是意義上不同
- &a 代表數(shù)組地址，類型為：int(*)[5]
- a 代表數(shù)組0號(hào)元素地址，類型為: int*
- 指向數(shù)組的指針: int (*pName)[5] = &a;
下面看一段代碼：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3, 4, 0};
int* p = a; // a 的類型為 int*, &a[0] ==> int*
int (*pa) [5] = &a;
printf("%p, %p\n", p, a);
p++;
*p = 100; // a[1] = 100;
printf("%d, %d\n", *p, a[1]);
printf("%p, %p\n", &a, a);
p = pa; // WARNING !!!!
p = a;
while( *p )
{
printf("%d\n", *p);
p++;
}
return 0;
}下面為運(yùn)行結(jié)果：
需要注意的是，p 和 pa不是一個(gè)指針類型，所以令 p = pa 這種做法是不正確的。
注意
- 數(shù)組名并不是指針，只是代表了0號(hào)元素的地址，因此可以當(dāng)作指針使用。
四、指針與數(shù)組（下）
指針與數(shù)組的等價(jià)用法
假如：
int a[ ] = {1, 2,3, 4,5}
int* p = a;
則以下等價(jià)：
a[i] <--> *(a + i) <--> *(p + i) <--> p[i]
下面看一段代碼，加深理解：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* p = a;
int i = 0;
// a[i] <==> *(a+i) <==> *(p+i) <==> p[i]
for(i=0; i<5; i++)
{
printf("%d, %d\n", a[i], *(a + i));
}
printf("\n");
for(i=0; i<5; i++)
{
printf("%d, %d\n", a[i], p[i]);
}
printf("\n");
for(i=0; i<5; i++)
{
printf("%d, %d\n", p[i], *(p + i));
}
printf("\n");
printf("a = %p, p = %p\n", a, p);
printf("&a = %p, &p = %p\n", &a, &p);
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
這里可以看到 a和 p的地址不同，因?yàn)樗鼈兪莾蓚€(gè)不同的指針變量。
字符串拾遺
- 字符串常量是 char* 類型，一種指針類型
指針移動(dòng)組合拳：
int v = *p++;
解讀：
指針訪問操作符(*)和自增運(yùn)算操作符（++) 優(yōu)先級(jí)相同
所以，先從p指向的內(nèi)存中取值，然后p進(jìn)行移動(dòng)
等價(jià)于：
int v = *p;
p++;
下面看一段代碼，體會(huì)一下：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3};
int* p = a;
int v = *p++;
char* s = NULL;
printf("%p\n", "D.T.Software");
printf("%p\n", "D.T.Software");
printf("v = %d, *p = %d\n", v, *p);
printf("First = %c\n", *"D.T.Software");
s = "D.T.Software";
while( *s ) printf("%c", *s++);
printf("\n");
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
因?yàn)镈.T.Software 在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)的起始地址一樣，所以兩次打印出來的地址一樣。
小結(jié)
- 數(shù)組名可看作一個(gè)指針，代表數(shù)組中0元素的地址
- &a與a在數(shù)值上相同，但是意義上不同
- C語言中的字符串常量的類型是 char *
- 當(dāng)指針指向數(shù)組元素時(shí)，才能進(jìn)行指針運(yùn)算
五、指針與函數(shù)
問題
- 函數(shù)調(diào)用時(shí)會(huì)跳轉(zhuǎn)到函數(shù)體對(duì)應(yīng)的代碼處執(zhí)行，那么，如何知道函數(shù)體代碼的具體位置?
深入函數(shù)之旅
- 函數(shù)的本質(zhì)是一段內(nèi)存中的代碼（占用一片連續(xù)內(nèi)存)
- 函數(shù)擁有類型，函數(shù)類型由返回類型和參數(shù)類型列表組成
- 例：
| 函數(shù)申明 | 類型 |
| int sum(int n); | int (int) |
| void swap(int* pa, int* pb) | void (int*, int*) |
| void g(void); | void (void) |
函數(shù)的一些事實(shí)
- 函數(shù)名就是函數(shù)體代碼的起始地址（函數(shù)入口地址)
- 通過函數(shù)名調(diào)用函數(shù)，本質(zhì)為指定具體地址的跳轉(zhuǎn)執(zhí)行
- 因此，可定義指針，保存函數(shù)入口地址
函數(shù)指針（ Type func (Type1 a,Type2 b))
- 函數(shù)名即函數(shù)入口地址，類型為 Type(*)(Type1,Type2)
- 對(duì)于 func 的函數(shù)，&func 與 func 數(shù)值相同，意義相同
- 指向函數(shù)的指針：Type (*pFunc) (Type1, Type2) = func;
函數(shù)指針參數(shù)
- 函數(shù)指針的本質(zhì)還是指針（變量，保存內(nèi)存地址)
- 可定義函數(shù)指針參數(shù)，使用相同代碼實(shí)現(xiàn)不同功能
注意
函數(shù)指針只是單純的保存函數(shù)的入口地址
因此
- 只能通過函數(shù)指針調(diào)用目標(biāo)函數(shù)
- 不能進(jìn)行指針移動(dòng)(指針運(yùn)算)
下面看一段代碼，理解一下：
#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
return a + b;
}
int mul(int a, int b)
{
return a * b;
}
int calculate(int a[], int len, int(*cal)(int, int))
{
int ret = a[0];
int i = 0;
for(i=1; i<len; i++)
{
ret = cal(ret, a[i]);
}
return ret;
}
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int (*pFunc) (int, int) = NULL;
pFunc = add;
printf("%d\n", pFunc(1, 2));
printf("%d\n", (*pFunc)(3, 4));
pFunc = &mul;
printf("%d\n", pFunc(5, 6));
printf("%d\n", (*pFunc)(7, 8));
printf("1 + ... + 5 = %d\n", calculate(a, 5, add));
printf("1 * ... * 5 = %d\n", calculate(a, 5, mul));
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
這里注意，只有調(diào)用的時(shí)候，才能確定 calculate() 子函數(shù)中的 cal 是什么函數(shù)。
再論數(shù)組參數(shù)
函數(shù)的數(shù)組形參退化為指針！因此，不包含數(shù)組實(shí)參的長度信息。使用數(shù)組名調(diào)用時(shí)，傳遞的是0號(hào)元素的地址。
void func(int a[ ]) <--> void func(int* a)
<--> void func (int a[1])
<--> void func (int a[10)
<--> void func(int a[100)
下面看一段代碼：
#include <stdio.h>
int demo(int arr[], int len) // int demo(int* arr, int len)
{
int ret = 0;
int i = 0;
printf("demo: sizeof(arr) = %d\n", sizeof(arr));
while( i < len )
{
ret += *arr++;
i++;
}
return ret;
}
int main()
{
int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};
// int v = *a++;
printf("return value: %d\n", demo(a, 5));
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
定義的形參arr[]可以進(jìn)行 *arr++ 的操作，這就說明函數(shù)的數(shù)組形參退化為指針，因?yàn)閿?shù)組不可以進(jìn)行 ++ 的運(yùn)算。
小結(jié)
- 函數(shù)名的本質(zhì)是函數(shù)體的入口地址
- 函數(shù)類型由返回類型和參數(shù)類型列表組成
- 可定義指向函數(shù)的指針：Type (*pFunc) (Type1,Type2);
- 函數(shù)指針只是單純的保存函數(shù)的入口地址（不能進(jìn)行指針運(yùn)算)
六、指針與堆空間
再論內(nèi)存空間
內(nèi)存區(qū)域不同，用途不同
- 全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)：存放全局變量，靜態(tài)變量
- ?？臻g：存放函數(shù)參數(shù)，局部變量
- 堆空間：用于動(dòng)態(tài)創(chuàng)建變量（數(shù)組)
堆空間的本質(zhì)
- 備用的“內(nèi)存?zhèn)}庫”，以字節(jié)為單位預(yù)留的可用內(nèi)存
- 程序可在需要時(shí)從“倉庫”中申請使用內(nèi)存（動(dòng)態(tài)借)
- 當(dāng)不需要再使用申請的內(nèi)存時(shí)，需要及時(shí)歸還（動(dòng)態(tài)還)
問題
- 如何從堆空間申請內(nèi)存?如何歸還?
預(yù)備知識(shí)-- void*
- void 類型是基礎(chǔ)類型，對(duì)應(yīng)的指針類型為 void*
- void* 是指針類型，其指針變量能夠保存地址
- 通過 void* 指針無法獲取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)（無長度信息)
void* 總結(jié)
- 不可使用void*指針直接獲取內(nèi)存數(shù)據(jù)。
- void*指針可與其它數(shù)據(jù)指針相互賦值。
下面看一段代碼：
#include <stdio.h>
int main()
{
char c = 0;
int i = 0;
float f = 2.0f;
double d = 3.0;
void* p = NULL;
double* pd = NULL;
int* pi = NULL;
/* void* 指針可以保存任意類型的地址 */
p = &c;
p = &i;
p = &f;
p = &d;
printf("%p\n", p);
// void* 類型的指針無法訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)
// printf("%f\n", *p);
/* void* 類型的變量可以直接合法的賦值給其他具體數(shù)據(jù)類型的指針變量 */
pd = p;
pi = p;
// void* 是例外，其他指針類型的變量不能相互賦值
// pd = pi;
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
注意幾個(gè)問題：
1.void* 指針可以保存任意類型的地址
2.void* 類型的指針無法訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)
3.void* 類型的變量可以直接合法的賦值給其他具體數(shù)據(jù)類型的指針變量
4.void* 是例外，其他指針類型的變量不能相互賦值
堆空間的使用
- 工具箱：stdlib.h
- 申請：void* malloc ( unsigned bytes )
- 歸還：void free( void* p)
堆空間的使用原則
- 有借有還，再借不難（杜絕只申請，不歸還)
- malloc申請內(nèi)存后，應(yīng)該判斷是否申請成功
- free只能釋放申請到的內(nèi)存，且不可多次釋放（free 釋放的是堆空間的地址）
下面看一段代碼感受一下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int* p = malloc(4); // 從堆空間申請 4 個(gè)字節(jié)當(dāng)作 int 類型的變量使用
if( p != NULL ) // 如果申請失敗 p 為 0 ，即：空值
{
*p = 100;
printf("%d\n", *p);
free(p);
}
p = malloc(4 * sizeof(int));
if( p != NULL )
{
int i = 0;
for(i=0; i<4; i++)
{
p[i] = i * 10;
}
for(i=0; i<4; i++)
{
printf("%d\n", p[i]);
}
free(p);
}
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
小結(jié)
- 堆空間是程序中預(yù)留且可用的內(nèi)存區(qū)域
- void*指針只能能夠保存地址，但無法獲取內(nèi)存數(shù)據(jù)
- void*指針可與其它數(shù)據(jù)指針相互賦值
- malloc申請內(nèi)存后，應(yīng)該判斷是否申請成功
- free只能釋放申請到的內(nèi)存，且不可多次釋放
七、指針專題經(jīng)典問題剖析
多級(jí)指針
- 可以定義指針的指針保存其它指針變量的地址
如：
Type v;
Type *pv = &v;
Type** ppv = &pv;
type*** pppv = &ppv;
下面看一段代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int a = 0;
int b = 1;
int* p = &a;
int** pp = &p;
**pp = 2; // a = 2;
*pp = &b; // p = &b;
*p = 3; // b = 3;
printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
*pp 就是取 pp 里面的內(nèi)容，而 pp 里面存的內(nèi)容是 p 的地址，所以 *pp 就相當(dāng)于p 的內(nèi)容，而 p 的內(nèi)容就是 a 的地址，所以說 **p 就相當(dāng)于 a，**p = 2 也就是把 2 賦值給 a，*pp = &b 即為 p = &b，所以 *p = 3，就是把 3 賦值給 b。
下面再看一段代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int getDouble(double** pp, unsigned n)
{
int ret = 0;
double* pd = malloc(sizeof(double) * n);
if( pd != NULL )
{
printf("pd = %p\n", pd);
*pp = pd;
ret = 1;
}
return ret;
}
int main()
{
double* p = NULL;
if( getDouble(&p, 5) )
{
printf("p = %p\n", p);
free(p);
}
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
這里特別注意：函數(shù)外的一個(gè)一級(jí)指針指向了這里申請的堆空間
再論二維數(shù)組
二維數(shù)組的本質(zhì)是一維數(shù)組 ，即：數(shù)組中的元素是一維數(shù)組!!
因此：
int a[2][2];
a 就是 &a[0]
a[0] 的類型是 int[2]
可知 a 的類型是 int (*)[2]
下面看一段代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int b[2][2] = {{1, 2}, {3, 4}};
int (*pnb) [2] = b; // b 的類型是 int(*)[2]
*pnb[1] = 30;
printf("b[0][0] = %d\n", b[0][0]);
printf("b[0][1] = %d\n", b[0][1]);
printf("b[1][0] = %d\n", b[1][0]);
printf("b[1][1] = %d\n", b[1][1]);
return 0;
}下面為輸出結(jié)果：
pnb[0]是[1,2]，pnb[1]經(jīng)過賦值后是[30,4]，所以*(pnb[1])就是取該數(shù)組所代表的第0個(gè)元素，也就是30。
下面再看一個(gè)代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int* func()
{
int var = 100;
return &var;
}
int main()
{
int* p = func(); // OOPS!!!!
// p 指向了不合法的地址，這個(gè)地址處沒有變量存在
// p 是一個(gè)野指針，保存不合法地址的指針都是野指針
printf("*p = %d\n", *p);
*p = 200; // 改變 func 函數(shù)中局部變量 var 的值，是不是非常奇怪？？？
printf("*p = %d\n", *p);
return 0;
}這段代碼是有問題的， func() 函數(shù)執(zhí)行后， var 這個(gè)變量就會(huì)被銷毀，所以 p 指向了一個(gè)不合法的地址。
小結(jié)
- 可以定義指向指針的指針（保存指針變量的地址)
- 一維數(shù)組名的類型為Type* (變量地址類型)
- 二維數(shù)組名的類型為Type (*)[N]（數(shù)組地址類型)
- 不要從函數(shù)中返回局部變量/函數(shù)參數(shù)的地址
到此這篇關(guān)于C語言全方位講解指針與地址和數(shù)組函數(shù)堆空間的關(guān)系的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言指針內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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