五、指针的概念与使用

type

status

date

slug

summary

1、指针的定义

在内存中，每个字节都有一个对应的编号，这个编号就是”地址“。如果定义一个变量，系统就会给这个变量分配内存，而这个内存是有一个地址值的。这个地址值就叫做指针，按照这个地址值读写变量值的方式叫做**“直接访问“；有字节访问当然就有“间接访问”，即将这个变量（这里暂时叫做A）的地址值用一个新类型的变量（这里暂时把他叫叫做B）储存起来，用B变量的值去找到A变量，最后获取到内容。其中B变量就称为指针变量**。

指针与指针变量是两个概念，指针是一个变量的地址，而指针变量是用来存放指针的变量。

1.1、指针的声明

指针的定义和声明使用星号（*）运算符。下面是指针的定义语法：

在这里，<数据类型>表示指针所指向的数据类型，<指针变量名>是指针变量的标识符。

例如，以下是一个指向整数类型的指针的定义：

这里，ptr是一个指向整数的指针变量。

注意，指针的类型与它所指向的数据类型必须匹配。这是因为指针解引用时，它会根据自身的类型来读取相应大小的内存。

另外，还可以通过在指针变量名前添加const关键字，将指针声明为常量指针。常量指针指向的内存地址是固定的，不可更改。

例如，以下是一个指向整数的常量指针的定义：

这里，ptr是一个指向整数的常量指针，它指向的整数值是不可更改的。

1.2、指针的空间大小

现如今大多数家用电脑都是64位架构的电脑，所以在大多数情况下，指针的的大小是8个字节。但是开发环境不同，受不同机器限制，指针会有不同的大小：

在32位体系结构上，指针的大小通常为4字节（32位），它可以表示内存中的地址范围为2^32个字节（4GB）。

在64位体系结构上，指针的大小通常为8字节（64位），它可以表示内存中的地址范围为2^64个字节（16EB）。

需要注意的是，指针的大小不仅取决于计算机体系结构，还取决于所使用的编程语言和编译器的实现。例如，某些编程语言中的指针可能具有固定的大小，无论计算机体系结构如何。

此外，指针的空间大小和指针所指向的数据类型无关。不论指针指向的是一个字节、整数、浮点数还是其他类型的数据，指针本身的大小都是固定的。

需要注意的是，在某些特定的情况下，指针的大小可能会有所不同。例如，嵌入式系统或某些特殊的编程环境中可能存在非标准的指针大小。在这种情况下，具体的系统文档或编译器文档会提供有关指针大小的详细信息。

2、指针的使用

2.1、指针的运算符

2.1.1、运算符介绍

指针在编程语言中有一些特定的运算符用于操作和处理指针。以下是常见的指针运算符：

取地址运算符（&）：也称作引用运算符，用于获取变量的地址。例如，&variable将返回变量variable的地址。

取值运算符（*）：也称解引用运算符，用于访问指针所指向的存储位置上的值。例如，ptr将返回指针ptr所指向的值。

指针赋值运算符（=）：用于将一个指针的值赋给另一个指针变量。例如，ptr1 = ptr2将使ptr1指向与ptr2相同的地址；或者ptr1 = &ptr2将使ptr2的地址赋值给ptr1。

指针加法运算符（+）：用于将指针的值增加某个偏移量。例如，ptr = ptr + 1将使指针ptr指向下一个相邻位置。

指针减法运算符（-）：用于将指针的值减去某个偏移量。例如，ptr = ptr - 1将使指针ptr指向上一个相邻位置。

指针比较运算符（==、!=、>、<、>=、<=）：用于比较两个指针的值。这些运算符通常用于检查指针是否相等、指针的相对顺序等。

需要注意的是，指针运算通常是基于指针所指向的数据类型的大小。例如，对指针进行加法或减法时，会根据指针所指向的数据类型的大小进行偏移量的计算。此外，指针运算还受到指针的有效范围的限制，避免越界访问。

2.1.2、运算符的使用

这是引用运算符和解引用运算符的使用：

需要注意：

指针变量前的 ”*“ 表示该变量为指针型变量，例如：

此时指针的变量名为pointer，而不是*pointer

在进行指针定义时，我们必须做到类型对应，即int类型对应int指针等。例如：

而以下说错误的赋值方式：

有时候我们会看到一个奇葩语句，&*p或者&p，例如：

&p 分析：首先p 间接访问到变量 i ，然后&取地址变量 i ，最后的结果还是 &i 或 p。

&p 分析：首先 &p 取地址得到 p 变量的地址，然后通过 p 变量的地址间接访问到 p ，最后的结果还是 &i 或 p。

在代码中甚至还会出现**p或者&&p等，可以根据上面的推理自己了解。

我们在使用指针声明时，最好遵守一个规范，把*和变量名写在一起，如 int *a；当有多个变量时我们可以： int *a,*b,*c。

3、指针的使用场景

从简单的来说，指针的使用场景主要分为两个，一个是传递，另一个是偏移。传递一般是在函数之间的调用；偏移一般用在数组的操作。

如下是一些使用场景，由ChatGPT生成：

动态内存分配：指针允许在运行时动态地分配内存。通过使用指针和相关的内存管理函数（如malloc()和free()），可以在程序执行期间动态地分配和释放内存，以满足灵活的内存需求。

数组操作：指针与数组密切相关。C语言中的数组名实际上是指向数组首元素的指针。通过使用指针算术运算，可以遍历数组元素、进行数组操作和传递数组作为函数参数。

字符串处理：字符串在C语言中是以字符数组的形式表示的。通过使用指针，可以对字符串进行遍历、复制、连接和比较等操作。指针还可以用于字符串的动态分配和释放。

函数传递和返回：指针允许在函数之间传递和返回数据。通过传递指针作为函数参数，可以在函数内部直接修改传递的变量的值。指针还可以用于返回函数内部动态分配的内存。

数据结构：指针在构建各种数据结构时非常有用。例如，链表、树和图等数据结构通常使用指针来连接不同的节点或元素，实现灵活的数据结构操作。

处理硬件和底层操作：指针在与底层硬件交互、进行位操作和直接访问内存等方面非常有用。通过指针，可以直接读取和写入内存位置，实现对硬件设备的控制和底层操作。

3.1、指针的传递

在C语言中，可以通过指针来实现函数之间的参数传递。通过传递指针作为函数参数，可以在函数内部直接访问和修改指针所指向的变量，从而实现对原始数据的修改。这种方式称为指针传递或引用传递。例如：

还有传递指针的指针：

3.2、指针的偏移

指针的偏移大多用在数组之上，我们声明一个数组 int a[5] = {10,20,30,40,50} ，这时a的值就是一个指针，而且他指向的是数组的第0个元素。我们可以通过*a 访问到元素10 ，以此类推我们可以访问到 *a + 1, *a + 2, ··· ，例如：

在使用指针偏移时，我们不能使其访问越界，否则会造成访问到其他内存中的数据，导致代码运行过程中出错，同时传递的指针不能获取到数组的长度。原因与解决方案参考：

三、数组的访问越界和传递

4、指针与动态内存申请

我们知道，在声明一个数组时，我们需要指定数组的长度。但是在实际开发当中，我们并不知道数组的长度是多少，需要一个变量作为数组的长度。

其实C语言中数组长度固定是因为他的数组变量是在栈空间中的，栈空间的大小在编译时时固定的，如果空间的大小不确定，我们就要使用堆空间。例如：

首先是 malloc 函数，在执行 malloc(size * sizeof(int)) 时，我们申请了一块内存，但由于编译器不知道我们需要空间存放什么类型的数据，所以需要 (int *)malloc(size * sizeof(int)) 来强制类型转换。

同时，因为堆空间由我们自己管理，所以我们在使用完堆空间后，需要通过 free(ptr); 自己手动释放内存。

5、栈空间与堆空间的差异

如果我们不自己手动释放内存，堆内存中的数据不会因为函数的栈空间释放而释放，导致留在内存中占用过大。例如：