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
- 因為是變量，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)存是計算機中的存儲部件，每個存儲單元有固定唯一的編號
- 內(nèi)存中存儲單元的編號即內(nèi)存地址
需要弄清楚的事實
- 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)是一個無符號整數(shù)(4字節(jié)或8字節(jié))
下面看一個簡單的例子：
#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
- 只有通過 內(nèi)存地址＋長度 才能確定一個變量中保存的值。
指針定義語法：
type *point;
- type - 數(shù)據(jù)類型，決定訪問內(nèi)存時的長度范圍
- * 標(biāo)志，意味著定義一個指針變量
- 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：
這個程序犯了兩個錯誤：
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的，但是其所保存的值是錯的。
2、 將普通數(shù)值當(dāng)作地址賦值給指針，這會導(dǎo)致嚴(yán)重的錯誤，不能正確輸出
編寫函數(shù)交換兩個變量的值
- 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”多個值 (return只能返回一個值)!!
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”多個值
小結(jié)
指針是變量，因此賦值時必須保證類型相同
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
- 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，可進行指針運算（指針移動)
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;
}下面為運行結(jié)果：
需要注意的是，p 和 pa不是一個指針類型，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)組的等價用法
假如：
int a[ ] = {1, 2,3, 4,5}
int* p = a;
則以下等價：
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，因為它們是兩個不同的指針變量。
字符串拾遺
- 字符串常量是 char* 類型，一種指針類型
指針移動組合拳：
int v = *p++;
解讀：
指針訪問操作符(*)和自增運算操作符（++) 優(yōu)先級相同
所以，先從p指向的內(nèi)存中取值，然后p進行移動
等價于：
int v = *p;
p++;
下面看一段代碼，體會一下：
#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：
因為D.T.Software 在全局數(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，才能進行指針運算
五、指針與函數(shù)
問題
- 函數(shù)調(diào)用時會跳轉(zhuǎn)到函數(shù)體對應(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
- 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)
- 不能進行指針移動(指針運算)
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)組實參的長度信息。使用數(shù)組名調(diào)用時，傳遞的是0號元素的地址。
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[]可以進行 *arr++ 的操作，這就說明函數(shù)的數(shù)組形參退化為指針，因為數(shù)組不可以進行 ++ 的運算。
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（不能進行指針運算)
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
- 全局數(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
- 程序可在需要時從“倉庫”中申請使用內(nèi)存（動態(tài)借)
- 當(dāng)不需要再使用申請的內(nèi)存時，需要及時歸還（動態(tài)還)
問題
- 如何從堆空間申請內(nèi)存?如何歸還?
預(yù)備知識-- void*
- void 類型是基礎(chǔ)類型，對應(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)外的一個一級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個元素，也就是30。
下面再看一個代碼：
#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，這個地址處沒有變量存在
// p 是一個野指針，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 這個變量就會被銷毀，所以 p 指向了一個不合法的地址。
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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這篇文章主要為大家詳細介紹了基于Qt的TCP實現(xiàn)通信，文中示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2022-08-08
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本篇文章是對在二叉樹中找出和為某一值的所有路徑方法進行了詳細的分析介紹，需要的朋友參考下2013-05-05
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C語言 fseek(f,0,SEEK_SET)函數(shù)案例詳解
這篇文章主要介紹了C語言 fseek(f,0,SEEK_SET)函數(shù)案例詳解,本篇文章通過簡要的案例,講解了該項技術(shù)的了解與使用,以下就是詳細內(nèi)容,需要的朋友可以參考下2021-08-08
這篇文章主要為大家介紹了c++類和對象，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下，希望能夠給你帶來幫助2021-11-11
下面小編就為大家?guī)硪黄獪\談c++中的stl中的map用法詳解。小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在就分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧2016-10-10
本篇文章是對c語言的for循環(huán)中改變變量值的問題進行了詳細的分析介紹，需要的朋友參考下2013-05-05