C语言第六章:指针
一，什么是指针
1.要想了解指针的定义，必须首先了解计算机地址的定义。
- 计算机地址是指内存条的内存单元的编号。是从0开始的非负整数。
- 地址的范围是由内存条的大小决定的。
- 4G内存的地址是在：0-4G-1范围内
2.其次要了解计算机的CPU和内存条之间的关系
- CPU要对内存条进行控制的话需要三根线：控制总线，数据总线，地址总线
- 控制总线：控制总线是控制CPU是对内存条是进行只读操作，还是只写操作，还是可读可写操作的。
- 数据总线：数据总线是CPU和内存条进行数据交换的通道。
- 地址总线：地址总线是CPU进行寻址的，即CPU要对那个内存地址进行操作，例如地址总线有32根，即可以对2的32次方个内存地址进行操作，也就是4G，此时如果是4G内存条，就可以完全做到寻址
3.指针的含义
- 指针就是地址，地址就是指针。
- 指针变量就是存放内存单元编号的变量，或者说指针就是存放地址的变量。
- 指针和指针变量是两个完全不同的概念。
- 通常我们叙述时，会把指针变量简称为指针，实际它们的含义并不一样，指针本质其实是一个操作受限的非负整数
二，指针的定义
1.指针变量的基本定义：
# include<stdio.h> int main(void) { int i = 10; int * p;// p是变量名，int *是数据类型，表示p变量只能存放int类型变量的地址 p = &i; // 把变量i的地址赋值给p， return 0; }
2.指针变量的解释：
- 指针变量p保存了变量i的地址，因此可以说指针p指向变量i。
- p不是i，i也不是p。修改p的值不会影响i的值，修改i的值不会影响p的值。
- 如果一个指针变量p指向一个普通变量i，则*p == i。*p的准确解释就是：*p表示的是以p的内容为地址变量。
3.经典的指针程序：
互换两个变量的值
# include<stdio.h> void fun(int * p,int * q){ int temp; temp = *p; *p = *q; *q = temp; } int main(void) { int i = 10; int j = 20; fun(&i,&j); printf("%d %d",i,j); return 0; }
三，一维数组与指针的关系
1.一维数组的名称：
- 一维数组的名称其实就是一个常量，它表示一维数组的第一个元素的地址。
# include<stdio.h> int main(void) { int arr[5] = {1,2,3,4,5}; printf("%#X %#X \n",arr,&arr[0]); /* 打印的结果相同：因此说明arr其实就是数组第一个元素的地址 */ return 0; }
2.一维数组下标和指针的关系：
- 如果指针变量p指向数组arr，则p[i] = arr[i]。
- 数组下标与指针的关系：arr[i] = *(p+i);
- 当p+1的时候，实际上是指针p移动到下一个地址，这个地址不是简单的加1运算，而是根据数据类型的长度而计算出来的，例如int数组，则p+1实际上是指针p移动了4个字节
# include<stdio.h> int main(void) { int arr[5] = {1,2,3,4,5}; int * p; p = arr; // p指向arr,因此p[i] == arr[i] printf("%d \n",p[3]); int temp0 = *p; // *p 表示的是数组的第一个元素 printf("%d \n", temp0); int temp1 = *(p+1); // *(p+1) 表示的是数组的第二个元素 printf("%d \n", temp1); // 根据上面的结果我们推算出：arr[i] == *(p+i); return 0; }
3.一个函数处理一个数组用指针需要接收几个参数：
- 这个函数的形参需要两个参数：数组的名称和数组的长度。
- 通过上面两个参数，就可以让指针完全代替数组进行运算。
4.指针变量的运算：
- 指针变量不能相加，不能相减，不能相乘，不能相除。
- 如果指针变量指向的是同一块连续空间的不同内存单元，则可以进行加法和减法。
5.一个指针变量占几个字节：
- sizeof（数据类型/变量名）函数，返回该数据类型/变量名所占的字节数。
- 指针变量无论它指向的数据类型占几个字节，其所占字节数都为4个字节。
# include<stdio.h> int main(void) { int a = 0; char b = 'A'; double c = 23.12; printf("%d %d %d \n",sizeof(a),sizeof(b),sizeof(c)); // 输出结果为：4 1 8 int * x = &a; char * y = &b; double * z = &c; printf("%d %d %d \n",sizeof(x),sizeof(y),sizeof(z)); // 输出结果为：4 4 4 return 0; }
四，动态内存与静态内存
1.什么是多级指针：
- 存放指针的指针就是多级指针
# include<stdio.h> int main(void) { int i = 10; int * p = &i; // 将变量i的地址赋值给指针p int **q = &p; // 将指针变量p的地址赋值给指针q（因为p的数据类型为int *，所以指针p的地址是int **） return 0; }
2.多级指针的理解：
- 多级指针需要理解的是指针的定义，即指针是用来存放某种数据类型的地址，所以这个某种类型也可以是指针变量，所以会出现多个*叠加的情况，这个是需要理解的。
3.传统数组的缺点：
- 数组的长度必须事先指定，切不能为变量，必须为常整数。
- 传统定义的数组，程序员无法进行内存的释放，只能等函数执行完成后，函数弹出栈后，内存才会释放。
- 数组长度在函数运行过程中，不能动态的增加和缩减。
- 数组的存在时间只能在函数的运行期间存在，函数弹栈释放内存后，无法再被使用。
4.为什么需要动态内存：
- 动态内存很好的解决了传统数组的4个缺陷问题。
- 传统数组也叫做静态数组。
- 所有函数内部定义的操作都是静态内存，由系统自己分配内存空间，由系统自己释放内存空间。
5.什么是动态内存：
- 动态内存是允许我们自己向系统申请一块内存空间，该内存空间的创建和释放是掌握在程序员的手里
- 动态内存是在堆内存中分配的
- 静态内存是在栈内存中分配的
6. malloc 函数
- malloc是memory allocate的缩写，中文含义是内存分配。
- malloc(n)函数用于向系统中申请分配n个字节的连续内存空间。返回类型是void *类型。
- void *类型表示未确定类型的指针，因为我们在申请内存空间的时候，并不知道这块内存空间用来存放什么样的数据类型。因此C/C++规定，void *类型可以通过数据类型的强制转换而成为其他类型的指针（例如：int * , char *）。
- malloc函数使用之前，必须引入头文件：# include <malloc.h>
7. 动态内存分配示例
假设我们构造一个长度为len的int类型的一维数组。
int * p = (int *)malloc(len);
1. 这条语句分配了两块内存，一块是长度为len的动态内存，一块为静态内存。并且这块静态内存是p变量本身所占的内存，占4个字节（因为是一个指针变量）。
2. malloc函数的功能是向系统申请len个字节的内存空间，如果请求分配成功，则返回第一个内存单元的地址，分配不成功则为null
3. malloc函数只能返回第一个字节的地址，所以我们需要把这个没有实际含义的地址（俗称干地址）转换成一个有实际意义的地址，因此malloc函数前面必须加（数据类型 *），表示把这个无实际意义的地址转 换成相应数据类型的地址，这样我们的内存空间就会按照该数据类型进行划分（例如：int *则会将这个len为100字节的内存单元划分成实际存储25个int类型变量）。
4. 例如：int * p = （int *）malloc(100);
表示将系统分配的100个字节的内存空间的第一个地址转换成int类型的地址，由于int类型是占4个字节，所以此时的第一个字节的地址转化成前四个字节的地址。所以p指向的是第一个4个字节的地址，p+1则 是第二个4个字节的地址，依次类推。。。申请的这个内存空间，可以存放25个int类型的变量。
8. free 函数
- 该函数是用于释放动态内存的函数，例如上面的分配的100个字节的动态内存，我们程序员如果想要释放的话，就可以调用此函数：free(p);就会将该内存释放掉。
- free(p)的含义是指将p指针所指向的内存空间进行释放，p变量本身的内存是静态内存，是随着函数执行的结束而释放的。
9. 动态内存和静态内存的比较
- 静态内存是由系统进行分配，由系统进行释放。静态内存是在栈内存中进行分配的。
- 动态内存是由程序员手动分配，由程序员手动释放。动态内存是在堆内存中进行分配的。
- 静态内存不能够跨函数使用，因为静态内存是在栈内存中分配的，在函数执行完毕之后，函数出栈，系统释放掉函数所占的内存，所以无法被其他函数继续使用。只能够在函数运行期间进行使用。
- 动态内存是可以跨函数使用的，因为动态内存是在堆内存中进行分配的，动态内存的生命周期由程序员进行控制，因此其他内存在函数执行完毕之后是依然可以继续使用的。
