[C++知识库]001-C语言指针基础

1、什么是指针

????要搞懂指针，我们先要了解数据在内存中如何存储、如何读取的。

我们在程序中定义了一个变量(假如是整型)，系统就会为该变量分配4byte大小的内存空间，然后把它放进去；在内存中，每一个字节都对应着一个地址编号，根据这个第一个Byte的编号就可以找到我们想要的数据，我们可以把这个地址形象化的称为指针。

? 上面的程序中，定义了一个整型变量的a，并赋初值为10，整型10的在内存中的存储形式为：00000000 00000000 00000000 00001010，转为16进制为：0000000a(VS以小端字节序存储数据)。

? a的地址为0x006FFB18，注意，一般我们说的地址都是首地址。

? ????指针用于存放变量的地址，指针也是变量（指针变量）

2、指针变量

????在使用指针变量之前我们先看一下这两个操作符：

• &：取地址操作符
• *：解引用操作符（间接访问操作符）

? 下面我们来开一个通过指针变量访问整型变量的例子

int main() {

	int a = 10; // 声明一个变量，此时该变量会在内存中分配到一个空间 —— 4个字节

	printf("%p\n", &a); // 打印a的地址

	int *pa = &a; 
	// pa是用来存放地址的，在C语言pa叫做指针变量，需要使用 [数据类型*] 的格式来接收,此时的pa是一个地址值
	// *说明pa是指针变量
	// int 说明pa指向的对象是int类型的
	printf("%p\n", pa);// 打印pa的值（地址） 
    printf("%d\n",*pa);//打印pa指向的地址的数据  这里的 * 用于解引用操作,*pa就是通过pa的值找到a的内容

	return 0;
}

? 运行结果如下：

? 程序分析：

注释内容已有部分分析，第7行我们定义了一个整型的指针变量pa，pa指向整型变量a的地址

3、 如何定义指针变量

? 定义指针变量的一般形式为：

*数据类型 指针变量名 = &变量名;

如：double *pd = &a;

注意：*号的位置可以只要实在数据类型的左边，指针变量名的右边就行。

如：double* pd = &a; 和 double * pd = &a; 均是合法的

不能写为：double *pa = 0x00DFFA68; 指针变量指向的地址不能是一个数值，只能用取地址符"&"得到并赋给一个指针变量。

????&a不仅包含变量a的地址，还包括它对应的数据类型。

4、指针变量的基本使用

????在编译器中运行如下代码，观察变量a的输出结果。

#include <stdio.h>
int main() {

	int a = 10;
	int* pa = &a;

	*pa = 20; // 这里的 * 用于解引用操作，*pa就是通过pa的值找到a,并给a重新赋值为20

	printf("%d\n", a); // 20

	return 0;
}

上述的代码中，我们通过指针变量来间接改变变量a的值

练习：使用指针变量来交换两个整型变量的值

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    
    int *pa = &a;
    int *pb = &b;
    
    int temp = *pa;
    *pa = *pb;
    *pb = temp;
    
    printf("a = %d  b = %d\n", a, b);
}

5、指针的大小

????经过前面知识的学习，我们都知道了指针就是地址。
????指针的大小只会随着机器的位数不同而不同，32bit的机器上的指针大小均为4Byte，64bit的机器上的指针大小均为8bit。因为地址的大小总是固定的。
????这里我在VS2017中分别模拟32bit和64bit的机器，让大家看看，大家也可以在自己的机器上测试：

6、指针运算

????我们这里主要讲指针+/-整数和指针+/-指针
????在此之前我们先来看看指针的数据类型的意义：

1、指针的数据类型类型决定了移动一个或多个单位时的步长是多少，这个步长就是数据类型的长度，比如int的长度为4Byte，char的长度为1Byte
2、指针的类型决定了指针解引用是的权限有多大（即能操作多少个Byte）

6.1 指针与整数的加减运算

先看一个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
	char ch[] = "hello world!";
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };

	printf("%p\n", ch);
	printf("%p\n", ch+1);

	printf("%p\n", arr);
	printf("%p\n", arr+1);
	

	return 0;
}

运行结果如下：

前置知识：数组名代表的是数组中首元素的地址

根据图中的运行结果可以看到，单独的打印数组名，打印的实际是数组首元素的地址，而数组名+1打印的则是下一个元素的地址。

接下来我们来做一个小练习：使用指针变量打印数组元素

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[5] = {1,2,3,4,5};
	int *p = arr; // 整型指针变量指向数组arr首元素
	
	for (int i = 0; i < 5; i ++)
	{
		printf("%d ", *(p+i) );
	}
	return 0;
}

或

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[5] = {1,2,3,4,5};
	int *start = arr; // 整型指针变量指向数组arr首元素地址
	int *end = arr + 9; // 指向数组最后一个元素的首地址
	while (start <= end)
	{
		printf("%d ", *p );
		p ++;
	}
	return 0;
}

6.2 指针与指针的加减运算

????我们这里不讨论指针与指针的加法，因为目前在我的认知里好像它没什么用；所以我这里只看指针与指针的减法运算。
????指针与指针的减法运算的值为它们地址范围内的元素个数。
我们通过一个例子来看看：

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };

	printf("%d \n", &arr[9] - &arr[0]); // 9

	return 0;
}

以上代码我们做的是用arr数组的最后一个元素地址减去首元素地址，打印结果为9。为什么呢，我们来看图解：

????前面我就说了指针减指针的值为它们地址范围内的元素个数，使用输出结果为9这是必然的。
????大家应该用过C语言的库函数strlen吧，它是用来计算字符串长度的，该函数就是使用指针减指针的方式来计算机字符串长度的了，我们来看一看strlen库函数的实现：

size_t __cdecl strlen (
        const char * str
        )
{
        const char *eos = str;

        while( *eos++ ) ;

        return( eos - str - 1 );
}

7、指针与数组