搞清楚C语言指针

Part 0：为什么要写这篇文章

C语言中的指针是C语言的精髓，也是C语言的重难点之一。

然而，很少有教程能把指针讲的初学者能听懂，还不会引起歧义。

本文章会尝试做到这一点，如有错误，请指出。

Part 1：地址和&

我们先抛开指针不谈，来讲一个小故事：

一天，小L准备去找小S玩。但是小L不知道小S的家住在哪里，正当他着急的时候，他看到了一个路牌，上面写着：小S的家在神仙小区403

哦，真的是要素过多。为什么这么说？

1. 小L和小S：我们可以看做是两个变量/常量。
2. 小S的家：这里可以看做是变量/常量小S的地址。
   
   我们要搞清楚，每个变量/常量都和我们一样：我们每个人都有自己的家，正如变量也有自己的地址。通俗的理解，地址是给变量/常量来存放值的地点。
3. 路牌：注意注意注意！这里就指出了变量/常量小S的地址：神仙小区403
   
   事实上，我们等会会讲，输出一个变量的地址其实是个16进制的数字。

搞懂了上面，我们再来聊聊&

&这个符号我们一个不陌生，你最初用到应该是在：scanf("%d",&a)里边。

&叫做取址符，用来获取一个变量/常量的地址。

那么我们为什么要在scanf里边用&，不在printf里边用呢？

一开始我也很疑惑，后来我看到了这个例子：

你是一个新生，你要进教室。

但是你并不知道教室在哪里，这个时候你需要教室的地址。

下课了，你要出教室。

由于你已经在教室里了，你就不需要获取教室的地址就可以出去了。

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Part 2：一定要记住的东西

一定要记住：指针就是个变量！

重要的事情说三次：

指针就是个变量！他储存的是地址！他自己也有地址！

指针就是个变量！他储存的是地址！他自己也有地址！

指针就是个变量！他储存的是地址！他自己也有地址！

为什么这么说？我们从指针的定义开始：

指针的定义方法：<类型名+*> [名称]

也就是说，指针的定义大概是这样的：

int* ip;            //类型是int*，名称是ip
float* fp;          //类型是float*，名称是fp
double* dp;         //类型是double*，名称是dp

有的书上会这么写：

int *ip;
float *fp;
double *dp;

这么写当然没问题，但是对于初学者来说，有两个问题：

1. 有的初学者会把*p当做是指针名
2. 有的初学者会把定义时出现的*p和取值时出现的*p弄混

指针他有没有值？有！我们会在下一节给他赋值。

既然他的定义方式和变量一样，他也有值，他为什么不是变量呢？

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Part 3：与指针相关的几个符号

与指针相关的符号有两个，一个是&，一个是*。

先来聊聊&。

&我们上面讲过，他是来取地址的。举个例子：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 10;
    float b = 10.3;
    printf("%p,%p",&a,&b);
}

%p用来输出地址，当然，你也可以写成%d或者%x。先不管这个，我们来看看他会输出什么：



那么也就是说，变量a和b的地址是000000000062FE1C和000000000062FE18

那么我们怎么把这个地址给指针呢？很简单：p = &a;，举个例子：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 10;
    int* p;
    p = &a;
    printf("a的地址：%p\n",&a);
    printf("指针p自身的地址：%p\n",&p);
    printf("指针p指向的地址：%p",p);
}

得到输出：

a的地址：000000000062FE1C

指针p自身的地址：000000000062FE10

指针p指向的地址：000000000062FE1C

你发现了吗？如果我们有p = &a;，我们发现：直接输出p会输出a的地址，输出&p会输出p的地址（这就是为什么我一再强调p是个变量，他有自己的地址，正如路牌上有地址，路牌自身也有个地址一样）。

请注意！如果你的指针为int*，那么你只能指向int类型；如果是double*类型，只能指向double类型，以此类推

当然，void*类型的指针可以转化为任何一种不同的指针类型（如int*,double*等等）

那么，我们来聊聊第二个符号*

*有两个用法。第一个在定义指针时用到，第二个则是取值，什么意思？看下面这个例子：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 10;
    int* p;
    p = &a;
    printf("a的地址：%p\n",&a);
    printf("指针p自身的地址：%p\n",&p);
    printf("指针p指向的地址：%p\n",p);
    printf("指针p指向的地址的值：%d",*p);
}

得到输出：

a的地址：000000000062FE1C

指针p自身的地址：000000000062FE10

指针p指向的地址：000000000062FE1C

指针p指向的地址的值：10

哈，我们得到了a的值！

也就是说，当我们有p = &a，我们可以用*p得到a的值。

那能不能操作呢？当然可以。

我们可以把*p当做a的值，那么，我们尝试如下代码：

#include <stdio.h>
int main(){
    int a = 10;
    int* p;
    p = &a;
    printf("指针p指向的地址的值：%d\n",*p);
    *p = 13;
    printf("指针p指向的地址的值：%d\n",*p);
    *p += 3;
    printf("指针p指向的地址的值：%d\n",*p);
    *p -= 3;
    printf("指针p指向的地址的值：%d\n",*p);
    *p *= 9;
    printf("指针p指向的地址的值：%d\n",*p);
    *p /= 3;
    printf("指针p指向的地址的值：%d\n",*p);
    *p %= 3;
    printf("指针p指向的地址的值：%d\n",*p);
}

得到输出：

指针p指向的地址的值：10

指针p指向的地址的值：13

指针p指向的地址的值：16

指针p指向的地址的值：13

指针p指向的地址的值：117

指针p指向的地址的值：39

指针p指向的地址的值：0

棒极了！我们可以用指针来操作变量了。

那么，我们要这个干什么用呢？请看下一节：实现交换函数

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Part 4：交换函数

交换函数是指针必学的一个东西。一般的交换我们会这么写：

t = a;
a = b;
b = t;

那么我们把它塞到函数里边：

void swap(int a,int b){
      int t;
      t = a;
      a = b;
      b = t;
}

好，我们满怀信心的调用他：

#include <stdio.h>
void swap(int a,int b){
      int t;
      t = a;
      a = b;
      b = t;
}
int main(){
      int x = 5,y = 10;
      printf("x=%d,y=%d\n",x,y);
      swap(x,y);
      printf("x=%d,y=%d",x,y);
}

于是乎，你得到了这个输出：

x=5,y=10

x=5,y=10

啊啊啊啊啊啊啊啊，为什么不行！！！

问题就在你的swap函数，我们来看看他们做了些啥：

swap(x,y);             --->把x赋值给a，把y赋值给b
///进入函数体
int t;                 --->定义t
t = a;                 --->t赋值为a
a = b;                 --->a赋值为b
b = t;                 --->b赋值为t

各位同学，函数体内有任何一点谈到了x和y吗？

所谓的交换，交换的到底是a和b，还是x和y？

我相信你这时候你恍然大悟了，我们一直在交换a和b，并没有操作x和y

那么我们怎么操作？指针！

因为x和y在整个程序中的地址一定是不变的，那么我们通过上一节的指针运算可以得到，我们能够经过指针操作变量的值。

那么，我们改进一下这个函数

void swap(int* a,int* b){
      int t;
      t = *a;
      *a = *b;
      *b = t;
}

我们再来试试，然后你就会得到报错信息。

我想，你是这么用的：swap(x,y)。

问题就在这里，我们看看swap需要怎样的两个变量？int*和int*类型。

怎么办？我告诉你一个小秘密：

任何一个变量加上&，此时就相当于在原本的类型加上了*

什么意思？也就是说：

int a;
&a ---> int*;
double d;
&d ---> double*;
int* p;
&p ---> int**;//这是个二级指针，也就是说指向指针的指针

那么，我们要这么做：swap(&a,&b)，把传入的参数int换为int*

再次尝试，得到输出：

x=5,y=10

x=10,y=5

累死了，总算是搞好了

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Part 5：char*表示字符串

char*这个神奇的类型可以表示个字符串，举个例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
    char* str;
    str = "YOU AK IOI!";
    printf("%s",str);
}

请注意：输入和输出字符串的时候，都不能带上*和&。

你可以用string.h中的函数来进行操作

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Part 6：野指针

有些同学他会这么写：

int* p;
printf("%p",p);

哦千万不要这么做！

当你没有让p指向某个地方的时候，你还把他用了！这个时候就会产生野指针。

野指针的危害是什么？

第一种是指向不可访问（操作系统不允许访问的敏感地址，譬如内核空间）的地址，结果是触发段错误，这种算是最好的情况了；

第二种是指向一个可用的、而且没什么特别意义的空间（譬如我们曾经使用过但是已经不用的栈空间或堆空间），这时候程序运行不会出错，也不会对当前程序造成损害，这种情况下会掩盖你的程序错误，让你以为程序没问题，其实是有问题的；

第三种情况就是指向了一个可用的空间，而且这个空间其实在程序中正在被使用（譬如说是程序的一个变量x），那么野指针的解引用就会刚好修改这个变量x的值，导致这个变量莫名其妙的被改变，程序出现离奇的错误。一般最终都会导致程序崩溃，或者数据被损害。这种危害是最大的。

不论如何，我们都不希望看到这些发生。

于是，养成好习惯：变量先赋值。

指针你可以这么做：int *p =NULL;让指针指向空

不论如何，他总算有个值了。

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Part 7：总结

本文干货全部在这里了：

1. 指针是个变量，他的类型是数据类型+*，他的值是一个地址，他自身也有地址
2. 指针有两个专属运算符：&和*
3. 指针可以操作变量，不能操作常量
4. 指针可以表示字符串
5. 请注意野指针的问题

本文没有讲到的：

1. char[]，char，const char的区别与联系
2. const修饰指针会怎么样？
3. void*指针的运用
4. 多级指针的运用
5. NULL到底是什么
6. malloc函数的运用

感谢观看！