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[C/C++/Qt] 图解C语言指针变量

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发表于 2023-9-27 11:06:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
1 指针变量的基本操作基本操作
) X  p! @+ `- K
int a,*iptr,*jptr,*kptr;
iptr = &a;
 jptr = iptr;
*jptr = 100;
kptr = NULL;
图解:- i$ ~0 @2 v! O6 l+ u
1.jpg * L, p/ G# s! R8 X) T' h8 l1 l7 K7 G% R
1.1 己址和己空间
5 i2 [( N" e0 E指针变量也是一个变量,对应一块内存空间,对应一个内存地址,指针名就是己址。这空内存空间多大?一个机器字长(machine word),32位的CPU和操作系统就是32个位,4个字节,其值域为:0x-0xFFFFFFFF。64位的CPU和操作系统就是64个位,8个字节,其值域为:0x-0xFFFFFFFFFFFFFFFF。
2 j+ A) [4 `+ l8 x. T/ K$ d/ E1.2 己值、他址、他空间/ u# G3 ^( X$ j9 ?
指针变量的值就是其指向的空间的地址,指向的地址的空间大小就是指针变量指向类型的大小。
! @# W, ~" A7 `( w" R, q$ B/ a. R1.3 声明与初始化' ^+ T3 V, P! J. z0 v
当声明一个指针变量,没有初始化时,指针变量只获得了其自身的内存空间,而其指向还没有确定,此时指针变量解引用做左值是非法操作。如果要使用指针变量解引用做左值,有三条途径:( t" `* O/ c3 y) K
int *ptr;
int *ptr_2;
int a = 1;
ptr_2 = &a;
// *ptr = 0;    // 非法操作,其指向其指向的内存空间还未确定
ptr = &a;                       // ① 右值是一个变量地址
ptr = ptr_2;                    // ② 右值是一个同类型指针,且已初始化
ptr = (int*)malloc(sizeof(int));// ③ 右值是一个内存分配函数返回一个void指针
*ptr = 0;       // 合法操作,ptr有了确定的指向及指向的内存空间;
1.4 函数之间指针值的传递
$ v) M+ D1 G; b7 t5 u: P函数(如下例的funcForSpace())内定义局部变量(如下例的a)保存在一个函数的栈帧上,当一个函数执行完毕后,另一个函数(如下例的stackFrame_reuse())执行时,该空间会被stackFrame_reuse()重复使用,a所使用的空间将不复存在,所以当一个指针变量指向局部变量的内存空间时,其地址值传递给主调函数时,并不是一个有效值。
#include <stdio.h>

void funcForSpace(int **iptr) {
    int a = 10;
    *iptr = &a;
}
void stackFrame_reuse()
{
    int a[1024] = {0};
}
int main()
{
    int *pNew;
    funcForSpace(&pNew);
    printf("%d\n",*pNew); // 10,此时栈帧还未被重复使用
    stackFrame_reuse();
    printf("%d\n",*pNew); // -858993460,垃圾值
    while(1);
    return 0;
}
可以在funcForSpace()内分配一块堆内存,传递给主调函数。* ^- ~# M$ D' G9 I2 @% y$ L
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
int g(int **iptr) { // 当试图修改主调函数的一级指针变量时,被调函数的参数是一个二级指针
    if ((*iptr = (int *)malloc(sizeof(int))) == NULL)
        return -1;
}
int main()
{
    int *jptr;
    g(&jptr);
    *jptr = 10;
    printf("%d\n",*jptr); // 10
    free(jptr);
    while(1);
    return 0;
}
可以图示一下以上代码指针的传递过程:
1 C8 A9 h; d( \ 2.jpg
) R! u% V4 Z$ A% y 以下图示a表示计算机内存,b表示一个函数调用时在栈(stack)上开辟的栈帧空间:
1 C# @( B( \* Y( `* a3 w3 Y4 n3 h 3.jpg ; V+ _) z$ }7 x: A! e
2 指针变量与数组名2 U9 z9 o: b; b) `! j
数组名在一定的上下文中会转换为指向数组首元素的地址,以方便指针的算术运算,如
: p# B9 c- j" C; H0 {( l: n: S
#include <stdio.h>

int main()
{
    int a[5] = {0}; 
    char b[20] = {0};
    *(a+3) = 10;    // a+3是指相对于地址a,偏移sizeof(int)个字节
    *(b+3) = 'x';   // b+3是指相对于地址b,偏移sizeof(char)个字节

    printf("%d, %c\n",a[3],b[3]); // 10, x
    while(1);
    return 0;
}
4.jpg ! s5 M) x& U" z+ u- W* V( z
3 主调函数与被调函数之间的指针传递
. _- L/ G4 V4 T& z" z$ u看以下代码:3 z. L' R  i! g- W" E
#include <stdio.h>
void swap1(int x, int y) {
    int tmp;
    tmp = x; x = y; y = tmp;
}
void swap2(int *x, int *y) {
    int tmp;
    tmp = *x; *x = *y; *y = tmp;
}
void caller()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    swap1(a,b);
    printf("%d %d\n",a,b);
    swap2(&a,&b);
    printf("%d %d\n",a,b);
}
int main()
{
    caller();
    return 0;
}
以上代码可用以下图示理解:2 K; O: D" X$ J! Y# b
swap1传值:+ G: y" v6 G+ c6 C
5.jpg 3 R9 r$ T' q4 S3 R6 p9 V
swap2传址(指针传递):' i  W. S7 k! v
6.jpg ' N3 @! w8 T' U9 `
4 数组做函数参数
  A* G( M) A% w    二维数组是数组的数组,n维数组是n-1维数组的数组。内存是一维的字节序列,所谓的n维数组其实只是一个逻辑意义的表示,其物理结构还是一维线性的。
' Z9 i6 N0 J) m. c# T: ]+ \3 B8 E  k) m    n维数组的元素是一个n-1维数组。如果用指针指向一个n维数组,其指针类型必须有n-1维的长度信息,当其用作函数参数时也是如此。
5 k4 Y2 E" N1 Q* ^
void g(int a[][2]) { // void g(int(*a)[2]){是相同写法
    a[2][0] = 5;
}
void caller()
{
    int a[3][2];
    int (*p)[2] = a;
    *(*(p+2)+0) = 7; // p=2表示相对于地址p偏移sizeof(*p)
    printf("%d\n",a[2][0]);  // 7
    g(a);
    printf("%d\n",a[2][0]); //  5
}
以上代码可以用以下图示辅助理解:
) p+ b- j+ _8 a: {/ y* ?! q$ T" b 7.jpg
9 E7 r+ a( M% b+ f: A* r3 B: X' i
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