第七章 指针

7.1 概述

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7.1.1 内存

内存含义：

• 存储器：计算机的组成中，用来存储程序和数据，辅助CPU进行运算处理的重要部分。
• 内存：内部存贮器，暂存程序/数据——掉电丢失 SRAM、DRAM、DDR、DDR2、DDR3。
• 外存：外部存储器，长时间保存程序/数据—掉电不丢ROM、ERRROM、FLASH（NAND、NOR）、硬盘、光盘。

内存是沟通CPU与硬盘的桥梁：

• 暂存放CPU中的运算数据
• 暂存与硬盘等外部存储器交换的数据

7.1.2 物理存储器和存储地址空间

有关内存的两个概念：物理存储器和存储地址空间。

物理存储器：实际存在的具体存储器芯片。

• 主板上装插的内存条
• 显示卡上的显示RAM芯片
• 各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片

存储地址空间：对存储器编码的范围。我们在软件上常说的内存是指这一层含义。

• 编码：对每个物理存储单元（一个字节）分配一个号码
• 寻址：可以根据分配的号码找到相应的存储单元，完成数据的读写

7.1.3 内存地址

• 将内存抽象成一个很大的一维字符数组。
• 编码就是对内存的每一个字节分配一个32位或64位的编号（与32位或者64位处理器相关）。
• 这个内存编号我们称之为内存地址。

内存中的每一个数据都会分配相应的地址：

• char:占一个字节分配一个地址
• int: 占四个字节分配四个地址
• float、struct、函数、数组等
  在这里插入图片描述

7.1.4 指针和指针变量

• 内存区的每一个字节都有一个编号，这就是“地址”。
• 如果在程序中定义了一个变量，在对程序进行编译或运行时，系统就会给这个变量分配内存单元，并确定它的内存地址(编号)
• 指针的实质就是内存“地址”。指针就是地址，地址就是指针。
• 指针是内存单元的编号，指针变量是存放地址的变量。

• 通常我们叙述时会把指针变量简称为指针，实际他们含义并不一样。

  
  在这里插入图片描述

7.2 指针基础知识

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7.2.1 指针变量的定义和使用

• 指针也是一种数据类型，指针变量也是一种变量
• 指针变量指向谁，就把谁的地址赋值给指针变量
• “*”操作符操作的是指针变量指向的内存空间

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 0;
    char b = 100;
    printf("%p, %p\n", &a, &b); //打印a, b的地址

    //int *代表是一种数据类型，int*指针类型，p才是变量名
    //定义了一个指针类型的变量，可以指向一个int类型变量的地址
    int *p;
    p = &a;//将a的地址赋值给变量p，p也是一个变量，值是一个内存地址编号
    printf("%d\n", *p);//p指向了a的地址，*p就是a的值

    char *p1 = &b;
    printf("%c\n", *p1);//*p1指向了b的地址，*p1就是b的值

    return 0;
}

注意：&可以取得一个变量在内存中的地址。但是，不能取寄存器变量，因为寄存器变量不在内存里，而在CPU里面，所以是没有地址的。

7.2.2 通过指针间接修改变量的值

    int a = 0;
    int b = 11;
    int *p = &a;

    *p = 100;
    printf("a = %d, *p = %d\n", a, *p);

    p = &b;
    *p = 22;
    printf("b = %d, *p = %d\n", b, *p);

7.2.3 指针大小

• 使用sizeof()测量指针的大小，得到的总是：4或8
• sizeof()测的是指针变量指向存储地址的大小
• 在32位平台，所有的指针（地址）都是32位(4字节)
• 在64位平台，所有的指针（地址）都是64位(8字节)

    int *p1;
    int **p2;
    char *p3;
    char **p4;
    printf("sizeof(p1) = %d\n", sizeof(p1));
    printf("sizeof(p2) = %d\n", sizeof(p2));
    printf("sizeof(p3) = %d\n", sizeof(p3));
    printf("sizeof(p4) = %d\n", sizeof(p4));
    printf("sizeof(double *) = %d\n", sizeof(double *));

7.2.4 野指针和空指针

指针变量也是变量，是变量就可以任意赋值，不要越界即可（32位为4字节，64位为8字节），但是，任意数值赋值给指针变量没有意义，因为这样的指针就成了野指针，此指针指向的区域是未知(操作系统不允许操作此指针指向的内存区域)。所以，野指针不会直接引发错误，操作野指针指向的内存区域才会出问题。

    int a = 100;
    int *p;
    p = a; //把a的值赋值给指针变量p，p为野指针， ok，不会有问题，但没有意义

    p = 0x12345678; //给指针变量p赋值，p为野指针， ok，不会有问题，但没有意义

    *p = 1000;  //操作野指针指向未知区域，内存出问题，err
    

但是，野指针和有效指针变量保存的都是数值，为了标志此指针变量没有指向任何变量(空闲可用)，C语言中，可以把NULL赋值给此指针，这样就标志此指针为空指针，没有任何指针。

    int *p = NULL;

NULL是一个值为0的宏常量：

#define NULL    ((void *)0)

7.2.5万能指针void *

void *指针可以指向任意变量的内存空间：

    void *p = NULL;

    int a = 10;
    p = (void *)&a; //指向变量时，最好转换为void *

    //使用指针变量指向的内存时，转换为int *
    *( (int *)p ) = 11;
    printf("a = %d\n", a);

7.2.6 const修饰的指针变量

    int a = 100;
    int b = 200;

//指向常量的指针
    //修饰*，指针指向内存区域不能修改，指针指向可以变
    const int *p1 = &a; //等价于int const *p1 = &a;
    //*p1 = 111; //err
    p1 = &b; //ok

//指针常量
    //修饰p1，指针指向不能变，指针指向的内存可以修改
    int * const p2 = &a;
    //p2 = &b; //err
    *p2 = 222; //ok

7.3 指针和数组

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7.3.1 数组名

数组名字是数组的首元素地址，但它是一个常量：

    int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    printf("a = %p\n", a);
    printf("&a[0] = %p\n", &a[0]);

    //a = 10; //err, 数组名只是常量，不能修改

7.3.2 指针操作数组元素

#include <stdio.h>

int  main()
{
    int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    int i = 0;
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
    
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        //printf("%d, ", a[i]);
        printf("%d, ", *(a+i));
    }
    printf("\n");

    int *p = a; //定义一个指针变量保存a的地址
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        p[i] = 2 * i;
    }

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        printf("%d, ", *(p + i));
    }
    printf("\n");


    return 0;
}

7.3.3 指针加减运算

1.加法运算

• 指针计算不是简单的整数相加
• 如果是一个int *，+1的结果是增加一个int的大小
• 如果是一个char *，+1的结果是增加一个char大小

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a;
    int *p = &a;
    printf("%d\n", p);
    p += 2;//移动了2个int
    printf("%d\n", p);

    char b = 0;
    char *p1 = &b;
    printf("%d\n", p1);
    p1 += 2;//移动了2个char
    printf("%d\n", p1);

    return 0;
}

通过改变指针指向操作数组元素：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    int i = 0;
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);

    int *p = a;
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        printf("%d, ", *p);
        p++;
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

2.减法运算
示例1：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    int i = 0;
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);

    int *p = a+n-1;
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        printf("%d, ", *p);
        p--;
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

示例2：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    int *p2 = &a[2]; //第2个元素地址
    int *p1 = &a[1]; //第1个元素地址
    printf("p1 = %p, p2 = %p\n", p1, p2);

    int n1 = p2 - p1; //n1 = 1
    int n2 = (int)p2 - (int)p1; //n2 = 4
    printf("n1 = %d, n2 = %d\n", n1, n2);
    
    return 0;
}

7.3.4 指针数组

指针数组，它是数组，数组的每个元素都是指针类型。

#include <stdio.h>

int main()
{
    //指针数组
    int *p[3];
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = 3;
    int i = 0;

    p[0] = &a;
    p[1] = &b;
    p[2] = &c;

    for (i = 0; i < sizeof(p) / sizeof(p[0]); i++ )
    {
        printf("%d, ", *(p[i]));
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

7.4 多级指针

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• C语言允许有多级指针存在，在实际的程序中一级指针最常用，其次是二级指针。
• 二级指针就是指向一个一级指针变量地址的指针。
• 三级指针基本用不着，但考试会考。

    int a = 10;
    int *p = &a; //一级指针
    *p = 100; //*p就是a

    int **q = &p;
    //*q就是p
    //**q就是a

    int ***t = &q;
    //*t就是q
    //**t就是p
    //***t就是a

7.5 指针和函数

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7.5.1 函数形参改变实参的值

#include <stdio.h>

void swap1(int x, int y)
{
    int tmp;
    tmp = x;
    x = y;
    y = tmp;
    printf("x = %d, y = %d\n", x, y);
}

void swap2(int *x, int *y)
{
    int tmp;
    tmp = *x;
    *x = *y;
    *y = tmp;
}

int main()
{
    int a = 3;
    int b = 5;
    swap1(a, b); //值传递
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);

    a = 3;
    b = 5;
    swap2(&a, &b); //地址传递
    printf("a2 = %d, b2 = %d\n", a, b);

    return 0;
}

7.5.2 数组名做函数参数

数组名做函数参数，函数的形参会退化为指针：

#include <stdio.h>

//void printArrary(int a[10], int n)
//void printArrary(int a[], int n)
void printArrary(int *a, int n)
{
    int i = 0;
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        printf("%d, ", a[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main()
{
    int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);

    //数组名做函数参数
    printArrary(a, n); 
    return 0;
}

7.5.3 指针做为函数的返回值

#include <stdio.h>

int a = 10;

int *getA()
{
    return &a;
}


int main()
{
    *( getA() ) = 111;
    printf("a = %d\n", a);

    return 0;
}

7.6 指针和字符串

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7.6.1 字符指针

#include <stdio.h>

int main()
{
    char str[] = "hello world";
    char *p = str;
    *p = 'm';
    p++;
    *p = 'i';
    printf("%s\n", str);

    p = "mike jiang";
    printf("%s\n", p);

    char *q = "test";
    printf("%s\n", q);

    return 0;
}

7.6.2 字符指针做函数参数

#include <stdio.h>

void mystrcat(char *dest, const char *src)
{
    int len1 = 0;
    int len2 = 0;
    while (dest[len1])
    {
        len1++;
    }
    while (src[len2])
    {
        len2++;
    }

    int i;
    for (i = 0; i < len2; i++)
    {
        dest[len1 + i] = src[i];
    }
}

int main()
{
    char dst[100] = "hello mike";
    char src[] = "123456";
    
    mystrcat(dst, src);
    printf("dst = %s\n", dst);

    return 0;
}

7.6.3 const修饰的指针变量

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    //const修饰一个变量为只读
    const int a = 10;
    //a = 100; //err

    //指针变量， 指针指向的内存， 2个不同概念
    char buf[] = "aklgjdlsgjlkds";

    //从左往右看，跳过类型，看修饰哪个字符
    //如果是*， 说明指针指向的内存不能改变
    //如果是指针变量，说明指针的指向不能改变，指针的值不能修改
    const char *p = buf;
    // 等价于上面 char const *p1 = buf;
    //p[1] = '2'; //err
    p = "agdlsjaglkdsajgl"; //ok

    char * const p2 = buf;
    p2[1] = '3';
    //p2 = "salkjgldsjaglk"; //err

    //p3为只读，指向不能变，指向的内存也不能变
    const char * const p3 = buf;

    return 0;
}

7.6.4 指针数组做为main函数的形参

int main(int argc, char *argv[]);

• main函数是操作系统调用的，第一个参数标明argv数组的成员数量，argv数组的每个成员都是char *类型
• argv是命令行参数的字符串数组
• argc代表命令行参数的数量，程序名字本身算一个参数

#include <stdio.h>

//argc: 传参数的个数（包含可执行程序）
//argv：指针数组，指向输入的参数
int main(int argc, char *argv[])
{

    //指针数组，它是数组，每个元素都是指针
    char *a[] = { "aaaaaaa", "bbbbbbbbbb", "ccccccc" };
    int i = 0;

    printf("argc = %d\n", argc);
    for (i = 0; i < argc; i++)
    {
        printf("%s\n", argv[i]);
    }
    return 0;
}

7.6.5 项目开发常用字符串应用模型

1.strstr中的while和do-while模型
利用strstr标准库函数找出一个字符串中substr出现的个数。

a.while模型

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char *p = "11abcd111122abcd333abcd3322abcd3333322qqq";
    int n = 0;

    while ((p = strstr(p, "abcd")) != NULL)
    {
        //能进来，肯定有匹配的子串
        //重新设置起点位置
        p = p + strlen("abcd");
        n++;

        if (*p == 0) //如果到结束符
        {
            break;
        }

    }

    printf("n = %d\n", n);

    return 0;
}

b.do-while模型

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char *p = "11abcd111122abcd333abcd3322abcd3333322qqq";
    int n = 0;

    do
    {
        p = strstr(p, "abcd");
        if (p != NULL)
        {
            n++; //累计个数

            //重新设置查找的起点
            p = p + strlen("abcd");

        }
        else //如果没有匹配的字符串，跳出循环
        {
            break;
        }
    } while (*p != 0); //如果没有到结尾

    printf("n = %d\n", n);
    return 0;
}

2.两头堵模型
求非空字符串元素的个数：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>

int fun(char *p, int *n)
{
    if (p == NULL || n == NULL)
    {
        return -1;
    }

    int begin = 0;
    int end = strlen(p) - 1;

    //从左边开始
    //如果当前字符为空，而且没有结束
    while (p[begin] == ' ' && p[begin] != 0)
    {
        begin++; //位置从右移动一位
    }

    //从右往左移动
    while (p[end] == ' ' && end > 0)
    {
        end--; //往左移动
    }

    if (end == 0)
    {
        return -2;
    }

    //非空元素个数
    *n = end - begin + 1;

    return 0;
}

int main(void)
{
    char *p = "      abcddsgadsgefg      ";
    int ret = 0;
    int n = 0;

    ret = fun(p, &n);
    if (ret != 0)
    {
        return ret;
    }
    printf("非空字符串元素个数：%d\n", n);

    return 0;
}

3.字符串反转模型(逆置)

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int inverse(char *p)
{
   if (p == NULL)
   {
       return -1;
   }
   char *str = p;
   int begin = 0;
   int end = strlen(str) - 1;
   char tmp;

   while (begin < end)
   {
       //交换元素
       tmp = str[begin];
       str[begin] = str[end];
       str[end] = tmp;

       begin++;  //往右移动位置
       end--;      //往左移动位置
   }

   return 0;
}

int main(void)
{
   //char *str = "abcdefg"; //文件常量区，内容不允许修改
   char str[] = "abcdef";

   int ret = inverse(str);
   if (ret != 0)
   {
       return ret;
   }

   printf("str ========== %s\n", str);
   return 0;
}

7.7 指针小结

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定义	说明
int i	定义整形变量
int *p	定义一个指向int的指针变量
int a[10]	定义一个有10个元素的数组，每个元素类型为int
int *p[10]	定义一个有10个元素的数组，每个元素类型为int*
int func()	定义一个函数，返回值为int型
int *func()	定义一个函数，返回值为int *型
int **p	定义一个指向int的指针的指针，二级指针