弄懂這些指針基礎(chǔ)知識，再遇C指針咱就不慌了

在后面的代碼中就不能改變變量b的值了，b中的值永遠是20。同樣的，如果用const來修飾一個指針變量：

int a = 20;
int b = 20;
int * const p = &a;

內(nèi)存模型如下：

這里的const用來修飾指針變量p，根據(jù)const的性質(zhì)可以得出結(jié)論：p在定義為變量a的地址之后，就固定了，不能再被改變了，也就是說指針變量pa中就只能存儲變量a的地址0x11223344。如果在后面的代碼中寫p = &b;，編譯時就會報錯，因為p是不可改變的，不能再被設(shè)置為變量b的地址。

但是，指針變量p所指向的那個變量a的值是可以改變的，即：*p = 21;這個語句是合法的，因為指針p的值沒有改變(仍然是變量c的地址0x11223344)，改變的是變量c中存儲的值。

與下面的代碼區(qū)分一下：

int a = 20;
int b = 20;
const int *p = &a;
p = &b;

這里的const沒有放在p的旁邊，而是放在了類型int的旁邊，這就說明const符號不是用來修飾p的，而是用來修飾p所指向的那個變量的。所以，如果我們寫p = &b;把變量b的地址賦值給指針p，就是合法的，因為p的值可以被改變。

但是這個語句*p = 21就是非法了，因為定義語句中的const就限制了通過指針p獲取的數(shù)據(jù)，不能被改變，只能被用來讀取。這個性質(zhì)常常被用在函數(shù)參數(shù)上，例如下面的代碼，用來計算一塊數(shù)據(jù)的CRC校驗，這個函數(shù)只需要讀取原始數(shù)據(jù)，不需要(也不可以)改變原始數(shù)據(jù)，因此就需要在形參指針上使用const修飾符：

short int getDataCRC(const char *pData, int len)
{
    short int crc = 0x0000;
    // 計算CRC
    return crc;
}

2. void型指針

關(guān)鍵字void并不是一個真正的數(shù)據(jù)類型，它體現(xiàn)的是一種抽象，指明不是任何一種類型，一般有2種使用場景：

1. 函數(shù)的返回值和形參;
2. 定義指針時不明確規(guī)定所指數(shù)據(jù)的類型，也就意味著可以指向任意類型。

指針變量也是一種變量，變量之間可以相互賦值，那么指針變量之間也可以相互賦值，例如：

int a = 20;
int b = a;
int *p1 = &a;
int *p2 = p1;

變量a賦值給變量b，指針p1賦值給指針p2，注意到它們的類型必須是相同的：a和b都是int型，p1和p2都是指向int型，所以可以相互賦值。那么如果數(shù)據(jù)類型不同呢？必須進行強制類型轉(zhuǎn)換。例如：

int a = 20;
int *p1 = &a;
char *p2 = (char *)p1;

內(nèi)存模型如下：

p1指針指向的是int型數(shù)據(jù)，現(xiàn)在想把它的值(0x11223344)賦值給p2，但是由于在定義p2指針時規(guī)定它指向的數(shù)據(jù)類型是char型，因此需要把指針p1進行強制類型轉(zhuǎn)換，也就是把地址0x11223344處的數(shù)據(jù)按照char型數(shù)據(jù)來看待，然后才可以賦值給p2指針。

如果我們使用void *p2來定義p2指針，那么在賦值時就不需要進行強制類型轉(zhuǎn)換了，例如：

int a = 20;
int *p1 = &a;
void *p2 = p1;

指針p2是void*型，意味著可以把任意類型的指針賦值給p2，但是不能反過來操作，也就是不能把void*型指針直接賦值給其他確定類型的指針，而必須要強制轉(zhuǎn)換成被賦值指針?biāo)赶虻臄?shù)據(jù)類型，如下代碼，必須把p2指針強制轉(zhuǎn)換成int*型之后，再賦值給p3指針：

int a = 20;
int *p1 = &a;
void *p2 = p1;
int *p3 = (int *)p2;

我們來看一個系統(tǒng)函數(shù)：

void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t len);

第一個參數(shù)類型是void*，這正體現(xiàn)了系統(tǒng)對內(nèi)存操作的真正意義：它并不關(guān)心用戶傳來的指針具體指向什么數(shù)據(jù)類型，只是把數(shù)據(jù)挨個存儲到這個地址對應(yīng)的空間中。

第二個參數(shù)同樣如此，此外還添加了const修飾符，這樣就說明了memcpy函數(shù)只會從src指針處讀取數(shù)據(jù)，而不會修改數(shù)據(jù)。

3. 空指針和野指針

一個指針必須指向一個有意義的地址之后，才可以對指針進行操作。如果指針中存儲的地址值是一個隨機值，或者是一個已經(jīng)失效的值，此時操作指針就非常危險了，一般把這樣的指針稱作野指針，C代碼中很多指針相關(guān)的bug就來源于此。

3.1 空指針：不指向任何東西的指針

在定義一個指針變量之后，如果沒有賦值，那么這個指針變量中存儲的就是一個隨機值，有可能指向內(nèi)存中的任何一個地址空間，此時萬萬不可以對這個指針進行寫操作，因為它有可能指向內(nèi)存中的代碼段區(qū)域、也可能指向內(nèi)存中操作系統(tǒng)所在的區(qū)域。

一般會將一個指針變量賦值為NULL來表示一個空指針，而C語言中，NULL實質(zhì)是 ((void*)0) ， 在C++中，NULL實質(zhì)是0。在標(biāo)準庫頭文件stdlib.h中，有如下定義：

#ifdef __cplusplus
     #define NULL    0
#else    
     #define NULL    ((void *)0)
#endif

3.2 野指針：地址已經(jīng)失效的指針

我們都知道，函數(shù)中的局部變量存儲在棧區(qū)，通過malloc申請的內(nèi)存空間位于堆區(qū)，如下代碼：

int *p = (int *)malloc(4);
*p = 20;

內(nèi)存模型為：

在堆區(qū)申請了4個字節(jié)的空間，然后強制類型轉(zhuǎn)換為int*型之后，賦值給指針變量p，然后通過*p設(shè)置這個地址中的值為14，這是合法的。如果在釋放了p指針指向的空間之后，再使用*p來操作這段地址，那就是非常危險了，因為這個地址空間可能已經(jīng)被操作系統(tǒng)分配給其他代碼使用，如果對這個地址里的數(shù)據(jù)強行操作，程序立刻崩潰的話，將會是我們最大的幸運！

int *p = (int *)malloc(4);
*p = 20;
free(p);
// 在free之后就不可以再操作p指針中的數(shù)據(jù)了。
p = NULL;  // 最好加上這一句。

四、指向不同數(shù)據(jù)類型的指針

1. 數(shù)值型指針

通過上面的介紹，指向數(shù)值型變量的指針已經(jīng)很明白了，需要注意的就是指針所指向的數(shù)據(jù)類型。

2. 字符串指針

字符串在內(nèi)存中的表示有2種：

1. 用一個數(shù)組來表示，例如：char name1[8] = "zhangsan";
2. 用一個char *指針來表示，例如：char *name2 = "zhangsan";

name1在內(nèi)存中占據(jù)8個字節(jié)，其中存儲了8個字符的ASCII碼值；name2在內(nèi)存中占據(jù)9個字節(jié)，因為除了存儲8個字符的ASCII碼值，在最后一個字符'n'的后面還額外存儲了一個'\0'，用來標(biāo)識字符串結(jié)束。

對于字符串來說，使用指針來操作是非常方便的，例如：變量字符串name2:

char *name2 = "zhangsan";
char *p = name2;
while (*p != '\0')
{
    printf("%c ", *p);
    p = p + 1;
}

在while的判斷條件中，檢查p指針指向的字符是否為結(jié)束符'\0'。在循環(huán)體重，打印出當(dāng)前指向的字符之后，對指針比那里進行自增操作，因為指針p所指向的數(shù)據(jù)類型是char，每個char在內(nèi)存中占據(jù)一個字節(jié)，因此指針p在自增1之后，就指向下一個存儲空間。

也可以把循環(huán)體中的2條語句寫成1條語句：

printf("%c ", *p++);

假如一個指針指向的數(shù)據(jù)類型為int型，那么執(zhí)行p = p + 1;之后，指針p中存儲的地址值將會增加4，因為一個int型數(shù)據(jù)在內(nèi)存中占據(jù)4個字節(jié)的空間，如下所示：

思考一個問題：void*型指針能夠遞增嗎？如下測試代碼：

int a[3] = {1, 2, 3};
void *p = a;
printf("1: p = 0x%x \n", p);
p = p + 1;
printf("2: p = 0x%x \n", p);

打印結(jié)果如下：

1: p = 0x733748c0 
2: p = 0x733748c1

說明void*型指針在自增時，是按照一個字節(jié)的跨度來計算的。

3. 指針數(shù)組與數(shù)組指針

這2個說法經(jīng)常會混淆，至少我是如此，先看下這2條語句：

int *p1[3];   // 指針數(shù)組
int (*p2)[3]; // 數(shù)組指針

3.1 指針數(shù)組

第1條語句中：中括號[]的優(yōu)先級高，因此與p1先結(jié)合，表示一個數(shù)組，這個數(shù)組中有3個元素，這3個元素都是指針，它們指向的是int型數(shù)據(jù)?？梢赃@樣來理解：如果有這個定義char p[3]，很容易理解這是一個有3個char型元素的數(shù)組，那么把char換成int*，意味著數(shù)組里的元素類型是int*型(指向int型數(shù)據(jù)的指針)。內(nèi)存模型如下(注意：三個指針指向的地址并不一定是連續(xù)的)：

如果向指針數(shù)組中的元素賦值，需要逐個把變量的地址賦值給指針元素：

int a = 1, b = 2, c = 3;
char *p1[3];
p1[0] = &a;
p1[1] = &b;
p1[2] = &c;

3.2 數(shù)組指針

第2條語句中：小括號讓p2與*結(jié)合，表示p2是一個指針，這個指針指向了一個數(shù)組，數(shù)組中有3個元素，每一個元素的類型是int型?？梢赃@樣來理解：如果有這個定義int p[3]，很容易理解這是一個有3個char型元素的數(shù)組，那么把數(shù)組名p換成是*p2，也就是p2是一個指針，指向了這個數(shù)組。內(nèi)存模型如下(注意：指針指向的地址是一個數(shù)組，其中的3個元素是連續(xù)放在內(nèi)存中的)：

在前面我們說到取地址操作符&，用來獲得一個變量的地址。凡事都有特殊情況，對于獲取地址來說，下面幾種情況不需要使用&操作符：

1. 字符串字面量作為右值時，就代表這個字符串在內(nèi)存中的首地址；
2. 數(shù)組名就代表這個數(shù)組的地址，也等于這個數(shù)組的第一個元素的地址;
3. 函數(shù)名就代表這個函數(shù)的地址。

因此，對于一下代碼，三個printf語句的打印結(jié)果是相同的：

int a[3] = {1, 2, 3};
int (*p2)[3] = a;
printf("0x%x \n", a);
printf("0x%x \n", &a);
printf("0x%x \n", p2);

思考一下，如果對這里的p2指針執(zhí)行p2 = p2 + 1;操作，p2中的值將會增加多少？

答案是12個字節(jié)。因為p2指向的是一個數(shù)組，這個數(shù)組中包含3個元素，每個元素占據(jù)4個字節(jié)，那么這個數(shù)組在內(nèi)存中一共占據(jù)12個字節(jié)，因此p2在加1之后，就跳過12個字節(jié)。

4. 二維數(shù)組和指針

一維數(shù)組在內(nèi)存中是連續(xù)分布的多個內(nèi)存單元組成的，而二維數(shù)組在內(nèi)存中也是連續(xù)分布的多個內(nèi)存單元組成的，從內(nèi)存角度來看，一維數(shù)組和二維數(shù)組沒有本質(zhì)差別。

和一維數(shù)組類似，二維數(shù)組的數(shù)組名表示二維數(shù)組的第一維數(shù)組中首元素的首地址，用代碼來說明：

int a[3][3] = {{1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9}}; // 二維數(shù)組
int (*p0)[3] = NULL;   // p0是一個指針，指向一個數(shù)組
int (*p1)[3] = NULL;   // p1是一個指針，指向一個數(shù)組
int (*p2)[3] = NULL;   // p2是一個指針，指向一個數(shù)組
p0 = a[0];
p1 = a[1];
p2 = a[2];
printf("0: %d %d %d \n", *(*p0 + 0), *(*p0 + 1), *(*p0 + 2));
printf("1: %d %d %d \n", *(*p1 + 0), *(*p1 + 1), *(*p1 + 2));
printf("2: %d %d %d \n", *(*p2 + 0), *(*p2 + 1), *(*p2 + 2));

打印結(jié)果是：

0: 1 2 3 
1: 4 5 6 
2: 7 8 9

我們拿第一個printf語句來分析：p0是一個指針，指向一個數(shù)組，數(shù)組中包含3個元素，每個元素在內(nèi)存中占據(jù)4個字節(jié)。現(xiàn)在我們想獲取這個數(shù)組中的數(shù)據(jù)，如果直接對p0執(zhí)行加1操作，那么p0將會跨過12個字節(jié)(就等于p1中的值了)，因此需要使用解引用操作符*，把p0轉(zhuǎn)為指向int型的指針，然后再執(zhí)行加1操作，就可以得到數(shù)組中的int型數(shù)據(jù)了。

5. 結(jié)構(gòu)體指針

C語言中的基本數(shù)據(jù)類型是預(yù)定義的，結(jié)構(gòu)體是用戶定義的，在指針的使用上可以進行類比，唯一有區(qū)別的就是在結(jié)構(gòu)體指針中，需要使用->箭頭操作符來獲取結(jié)構(gòu)體中的成員變量，例如：

typedef struct 
{
    int age;
    char name[8];
} Student;

Student s;
s.age = 20;
strcpy(s.name, "lisi");
Student *p = &s;
printf("age = %d, name = %s \n", p->age, p->name);

看起來似乎沒有什么技術(shù)含量，如果是結(jié)構(gòu)體數(shù)組呢？例如：

Student s[3];
Student *p = &s;
printf("size of Student = %d \n", sizeof(Student));
printf("1: 0x%x, 0x%x \n", s, p);
p++;
printf("2: 0x%x \n", p);

打印結(jié)果是：

size of Student = 12 
1: 0x4c02ac00, 0x4c02ac00 
2: 0x4c02ac0c

在執(zhí)行p++操作后，p需要跨過的空間是一個結(jié)構(gòu)體變量在內(nèi)存中占據(jù)的大小(12個字節(jié))，所以此時p就指向了數(shù)組中第2個元素的首地址，內(nèi)存模型如下：

6. 函數(shù)指針

每一個函數(shù)在經(jīng)過編譯之后，都變成一個包含多條指令的集合，在程序被加載到內(nèi)存之后，這個指令集合被放在代碼區(qū)，我們在程序中使用函數(shù)名就代表了這個指令集合的開始地址。

函數(shù)指針，本質(zhì)上仍然是一個指針，只不過這個指針變量中存儲的是一個函數(shù)的地址。函數(shù)最重要特性是什么？可以被調(diào)用！因此，當(dāng)定義了一個函數(shù)指針并把一個函數(shù)地址賦值給這個指針時，就可以通過這個函數(shù)指針來調(diào)用函數(shù)。

如下示例代碼：

int add(int x,int y)
{
    return x+y;
}

int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    int (*p)(int, int);
    p = add;
    printf("%d + %d = %d\n", a, b, p(a, b));
}

前文已經(jīng)說過，函數(shù)的名字就代表函數(shù)的地址，所以函數(shù)名add就代表了這個加法函數(shù)在內(nèi)存中的地址。int (*p)(int, int);這條語句就是用來定義一個函數(shù)指針，它指向一個函數(shù)，這個函數(shù)必須符合下面這2點(學(xué)名叫：函數(shù)簽名)：

1. 有2個int型的參數(shù);
2. 有一個int型的返回值。

代碼中的add函數(shù)正好滿足這個要求，因此，可以把add賦值給函數(shù)指針p，此時p就指向了內(nèi)存中這個函數(shù)存儲的地址，后面就可以用函數(shù)指針p來調(diào)用這個函數(shù)了。

在示例代碼中，函數(shù)指針p是直接定義的，那如果想定義2個函數(shù)指針，難道需要像下面這樣定義嗎？

int (*p)(int, int);
int (*p2)(int, int);

typedef int (*pFunc)(int, int);

int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }
int mul(int a, int b) { return a * b; }
int divide(int a, int b) { return a / b; }

int main()
{
    int a = 4, b = 2;
    int (*p[4])(int, int);
    p[0] = add;
    p[1] = sub;
    p[2] = mul;
    p[3] = divide;
    printf("%d + %d = %d \n", a, b, p[0](a, b));
    printf("%d - %d = %d \n", a, b, p[1](a, b));
    printf("%d * %d = %d \n", a, b, p[2](a, b));
    printf("%d / %d = %d \n", a, b, p[3](a, b));
}