1.简介

指针是什么?首先,它是一个值,这个值代表一个内存地址,因此指针相当于指向某个内存地址的路标。
字符表示指针,通常跟在类型关键字的后面,表示指针指向的是什么类型的值。比如,char表示一个指向字符的指针,float*表示一个指向float类型的值的指针。

  1. int* intPtr;

上面示例声明了一个变量intPtr,它是一个指针,指向的内存地址存放的是一个整数。
星号*可以放在变量名与类型关键字之间的任何地方,下面的写法都是有效的。

  1. int *intPtr;
  2. int * intPtr;
  3. int* intPtr;

本书使用星号紧跟在类型关键字后面的写法(即int* intPtr;),因为这样可以体现,指针变量就是一个普通变量,只不过它的值是内存地址而已。
这种写法有一个地方需要注意,如果同一行声明两个指针变量,那么需要写成下面这样。

  1. // 正确
  2. int * foo, * bar;
  3. // 错误
  4. int* foo, bar;

上面示例中,第二行的执行结果是,foo是整数指针变量,而bar是整数变量,即只对第一个变量生效。
一个指针指向的可能还是指针,这时就要用两个星号*
表示。

  1. int** foo;

上面示例表示变量foo是一个指针,指向的还是一个指针,第二个指针指向的则是一个整数。

2.运算符

这个符号除了表示指针以外,还可以作为运算符,用来取出指针变量所指向的内存地址里面的值。

  1. void increment(int* p) {
  2. *p = *p + 1;
  3. }

上面示例中,函数increment()的参数是一个整数指针p。函数体里面,p就表示指针p所指向的那个值。对p赋值,就表示改变指针所指向的那个地址里面的值。
上面函数的作用是将参数值加1。该函数没有返回值,因为传入的是地址,函数体内部对该地址包含的值的操作,会影响到函数外部,所以不需要返回值。事实上,函数内部通过指针,将值传到外部,是 C 语言的常用方法。
变量地址而不是变量值传入函数,还有一个好处。对于需要大量存储空间的大型变量,复制变量值传入函数,非常浪费时间和空间,不如传入指针来得高效。

3.& 运算符

&运算符用来取出一个变量所在的内存地址。

  1. int x = 1;
  2. printf("x's address is %p\n", &x);

上面示例中,x是一个整数变量,&x就是x的值所在的内存地址。printf()的%p是内存地址的占位符,可以打印出内存地址。
上一小节中,参数变量加1的函数,可以像下面这样使用。

  1. void increment(int* p) {
  2. *p = *p + 1;
  3. }
  4. int x = 1;
  5. increment(&x);
  6. printf("%d\n", x); // 2

上面示例中,调用increment()函数以后,变量x的值就增加了1,原因就在于传入函数的是变量x的地址&x。
&运算符与*运算符互为逆运算,下面的表达式总是成立。

  1. int i = 5;
  2. if (i == *(&i)) // 正确

4.指针变量的初始化

声明指针变量之后,编译器会为指针变量本身分配一个内存空间,但是这个内存空间里面的值是随机的,也就是说,指针变量指向的值是随机的。这时一定不能去读写指针变量指向的地址,因为那个地址是随机地址,很可能会导致严重后果。

  1. int* p;
  2. *p = 1; // 错误

上面的代码是错的,因为p指向的那个地址是随机的,向这个随机地址里面写入1,会导致意想不到的结果。
正确做法是指针变量声明后,必须先让它指向一个分配好的地址,然后再进行读写,这叫做指针变量的初始化。

  1. int* p;
  2. int i;
  3. p = &i;
  4. *p = 13;

上面示例中,p是指针变量,声明这个变量后,p会指向一个随机的内存地址。这时要将它指向一个已经分配好的内存地址,上例就是再声明一个整数变量i,编译器会为i分配内存地址,然后让p指向i的内存地址(p = &i;)。完成初始化之后,就可以对p指向的内存地址进行赋值了(*p = 13;)。
为了防止读写未初始化的指针变量,可以养成习惯,将未初始化的指针变量设为NULL。

  1. int* p = NULL;

NULL在 C 语言中是一个常量,表示地址为0的内存空间,这个地址是无法使用的,读写该地址会报错。

5.指针的运算

指针本质上就是一个无符号整数,代表了内存地址。它可以进行运算,但是规则并不是整数运算的规则。
(1)指针与整数值的加减运算
指针与整数值的运算,表示指针的移动。

  1. short* j;
  2. j = (short*)0x1234;
  3. j = j + 1; // 0x1236

上面示例中,j是一个指针,指向内存地址0x1234。你可能以为j + 1等于0x1235,但正确答案是0x1236。原因是j + 1表示指针向内存地址的高位移动一个单位,而一个单位的short类型占据两个字节的宽度,所以相当于向高位移动两个字节。同样的,j - 1得到的结果是0x1232。
指针移动的单位,与指针指向的数据类型有关。数据类型占据多少个字节,每单位就移动多少个字节。
(2)指针与指针的加法运算
指针只能与整数值进行加减运算,两个指针进行加法是非法的。

  1. unsigned short* j;
  2. unsigned short* k;
  3. x = j + k; // 非法

上面示例是两个指针相加,这是非法的。
(3)指针与指针的减法
相同类型的指针允许进行减法运算,返回它们之间的距离,即相隔多少个数据单位。
高位地址减去低位地址,返回的是正值;低位地址减去高位地址,返回的是负值。
这时,减法返回的值属于ptrdiff_t类型,这是一个带符号的整数类型别名,具体类型根据系统不同而不同。这个类型的原型定义在头文件stddef.h里面。

  1. short* j1;
  2. short* j2;
  3. j1 = (short*)0x1234;
  4. j2 = (short*)0x1236;
  5. ptrdiff_t dist = j2 - j1;
  6. printf("%td\n", dist); // 1

上面示例中,j1和j2是两个指向 short 类型的指针,变量dist是它们之间的距离,类型为ptrdiff_t,值为1,因为相差2个字节正好存放一个 short 类型的值。
(4)指针与指针的比较运算
指针之间的比较运算,比较的是各自的内存地址哪一个更大,返回值是整数1(true)或0(false)。

6.图解(补充)

  1. int var;
  2. int* ptr;
  3. int** pptr;
  4. var = 3000;
  5. /* 获取 var 的地址 */
  6. ptr = &var;
  7. /* 使用运算符 & 获取 ptr 的地址 */
  8. pptr = &ptr;
  9. /* 使用 pptr 获取值 */
  10. printf("var = %d\n", var);//3000
  11. printf("var自身的地址:%d\n", &var);//9829104
  12. printf("ptr的值:%d\n", ptr);//9829104
  13. printf("*ptr = %d\n", *ptr);//3000
  14. printf("**pptr = %d\n",**pptr);//3000

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