C语言中威力最大的指针底层原理和使用技巧讲解

道哥分享
关注

5. 操作指针变量

对指针变量的操作包括3个方面:

操作指针变量自身的值;获取指针变量所指向的数据;以什么样数据类型来使用/解释指针变量所指向的内容。5.1 指针变量自身的值

int a = 20;这个语句是定义变量a,在随后的代码中,只要写下a就表示要操作变量a中存储的值,操作有两种:读和写。

printf("a = %d ", a); 这个语句就是要读取变量a中的值,当然是20;
a = 100;这个语句就是要把一个数值100写入到变量a中。

同样的道理,int *pa;语句是用来定义指针变量pa,在随后的代码中,只要写下pa就表示要操作变量pa中的值:

printf("pa = %d ", pa); 这个语句就是要读取指针变量pa中的值,当然是0x11223344;
pa = &a;这个语句就是要把新的值写入到指针变量pa中。再次强调一下,指针变量中存储的是地址,如果我们可以提前知道变量a的地址是 0x11223344,那么我们也可以这样来赋值:pa = 0x11223344;

思考一下,如果执行这个语句printf("&pa =0x%x ", &pa);,打印结果会是什么?

上面已经说过,操作符&是用来取地址的,那么&pa就表示获取指针变量pa的地址,上面的内存模型中显示指针变量pa是存储在0x11223348这个地址中的,因此打印结果就是:&pa = 0x11223348。

5.2 获取指针变量所指向的数据

指针变量所指向的数据类型是在定义的时候就明确的,也就是说指针pa指向的数据类型就是int型,因此在执行printf("value = %d ", *pa);语句时,首先知道pa是一个指针,其中存储了一个地址(0x11223344),然后通过操作符*来获取这个地址(0x11223344)对应的那个存储空间中的值;又因为在定义pa时,已经指定了它指向的值是一个int型,所以我们就知道了地址0x11223344中存储的就是一个int类型的数据。

5.3 以什么样的数据类型来使用/解释指针变量所指向的内容

如下代码:

int a = 30000;
int *pa = &a;
printf("value = %d ", *pa);

根据以上的描述,我们知道printf的打印结果会是value = 30000,十进制的30000转成十六进制是0x00007530,内存模型如下:

现在我们做这样一个测试:

char *pc = 0x11223344;
printf("value = %d ", *pc);

指针变量pc在定义的时候指明:它指向的数据类型是char型,pc变量中存储的地址是0x11223344。当使用*pc获取指向的数据时,将会按照char型格式来读取0x11223344地址处的数据,因此将会打印value = 0(在计算机中,ASCII码是用等价的数字来存储的)。

这个例子中说明了一个重要的概念:在内存中一切都是数字,如何来操作(解释)一个内存地址中的数据,完全是由我们的代码来告诉编译器的。刚才这个例子中,虽然0x11223344这个地址开始的4个字节的空间中,存储的是整型变量a的值,但是我们让pc指针按照char型数据来使用/解释这个地址处的内容,这是完全合法的。

以上内容,就是指针最根本的心法了。把这个心法整明白了,剩下的就是多见识、多练习的问题了。

三、指针的几个相关概念

 1. const属性

const标识符用来表示一个对象的不可变的性质,例如定义:

const int b = 20;

在后面的代码中就不能改变变量b的值了,b中的值永远是20。同样的,如果用const来修饰一个指针变量:

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

内存模型如下:

这里的const用来修饰指针变量p,根据const的性质可以得出结论:p在定义为变量a的地址之后,就固定了,不能再被改变了,也就是说指针变量pa中就只能存储变量a的地址0x11223344。如果在后面的代码中写p = &b;,编译时就会报错,因为p是不可改变的,不能再被设置为变量b的地址。

但是,指针变量p所指向的那个变量a的值是可以改变的,即:*p = 21;这个语句是合法的,因为指针p的值没有改变(仍然是变量c的地址0x11223344),改变的是变量c中存储的值。

与下面的代码区分一下:

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

这里的const没有放在p的旁边,而是放在了类型int的旁边,这就说明const符号不是用来修饰p的,而是用来修饰p所指向的那个变量的。所以,如果我们写p = &b;把变量b的地址赋值给指针p,就是合法的,因为p的值可以被改变。

但是这个语句*p = 21就是非法了,因为定义语句中的const就限制了通过指针p获取的数据,不能被改变,只能被用来读取。这个性质常常被用在函数参数上,例如下面的代码,用来计算一块数据的CRC校验,这个函数只需要读取原始数据,不需要(也不可以)改变原始数据,因此就需要在形参指针上使用const修饰符:

short int getDataCRC(const char *pData, int len)

   short int crc = 0x0000;
   // 计算CRC
   return crc;

2. void型指针

关键字void并不是一个真正的数据类型,它体现的是一种抽象,指明不是任何一种类型,一般有2种使用场景:

函数的返回值和形参;定义指针时不明确规定所指数据的类型,也就意味着可以指向任意类型。

指针变量也是一种变量,变量之间可以相互赋值,那么指针变量之间也可以相互赋值,例如:

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

变量a赋值给变量b,指针p1赋值给指针p2,注意到它们的类型必须是相同的:a和b都是int型,p1和p2都是指向int型,所以可以相互赋值。那么如果数据类型不同呢?必须进行强制类型转换。例如:

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

内存模型如下:

p1指针指向的是int型数据,现在想把它的值(0x11223344)赋值给p2,但是由于在定义p2指针时规定它指向的数据类型是char型,因此需要把指针p1进行强制类型转换,也就是把地址0x11223344处的数据按照char型数据来看待,然后才可以赋值给p2指针。

如果我们使用void *p2来定义p2指针,那么在赋值时就不需要进行强制类型转换了,例如:

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

指针p2是void*型,意味着可以把任意类型的指针赋值给p2,但是不能反过来操作,也就是不能把void*型指针直接赋值给其他确定类型的指针,而必须要强制转换成被赋值指针所指向的数据类型,如下代码,必须把p2指针强制转换成int*型之后,再赋值给p3指针:

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

我们来看一个系统函数:

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

第一个参数类型是void*,这正体现了系统对内存操作的真正意义:它并不关心用户传来的指针具体指向什么数据类型,只是把数据挨个存储到这个地址对应的空间中。

第二个参数同样如此,此外还添加了const修饰符,这样就说明了memcpy函数只会从src指针处读取数据,而不会修改数据。

3. 空指针和野指针

一个指针必须指向一个有意义的地址之后,才可以对指针进行操作。如果指针中存储的地址值是一个随机值,或者是一个已经失效的值,此时操作指针就非常危险了,一般把这样的指针称作野指针,C代码中很多指针相关的bug就来源于此。

3.1 空指针:不指向任何东西的指针

在定义一个指针变量之后,如果没有赋值,那么这个指针变量中存储的就是一个随机值,有可能指向内存中的任何一个地址空间,此时万万不可以对这个指针进行写操作,因为它有可能指向内存中的代码段区域、也可能指向内存中操作系统所在的区域。

一般会将一个指针变量赋值为NULL来表示一个空指针,而C语言中,NULL实质是 ((void*)0) , 在C++中,NULL实质是0。在标准库头文件stdlib.h中,有如下定义:

#ifdef __cplusplus
    #define NULL    0
#else    
    #define NULL    ((void *)0)
#endif
3.2 野指针:地址已经失效的指针

我们都知道,函数中的局部变量存储在栈区,通过malloc申请的内存空间位于堆区,如下代码:

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

内存模型为:

在堆区申请了4个字节的空间,然后强制类型转换为int*型之后,赋值给指针变量p,然后通过*p设置这个地址中的值为14,这是合法的。如果在释放了p指针指向的空间之后,再使用*p来操作这段地址,那就是非常危险了,因为这个地址空间可能已经被操作系统分配给其他代码使用,如果对这个地址里的数据强行操作,程序立刻崩溃的话,将会是我们最大的幸运!

int *p = (int *)malloc(4);
*p = 20;
free(p);
// 在free之后就不可以再操作p指针中的数据了。
p = NULL;  // 最好加上这一句。

声明: 本文由入驻OFweek维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。
侵权投诉

下载OFweek,一手掌握高科技全行业资讯

还不是OFweek会员,马上注册
打开app,查看更多精彩资讯 >
  • 长按识别二维码
  • 进入OFweek阅读全文
长按图片进行保存