【C语言】—— 指针二 ： 初识指针（下）

【C语言】——函数栈帧

• • 一、$const$ 修饰指针
  • • 1.1、$const$ 修饰变量
    • 1.2、$const$ 修饰指针
  • 二、野指针
  • • 2.1野指针的成因
    • • （1）指针未初始化
      • （2）指针越界访问
      • （3）指针指向的空间释放
    • 2.2、如何规避野指针
    • • （1）指针初始化
      • （2）小心指针越界
      • （3）指针变量不再使用时，及时置 NULL，指针使用之前检查有效性
      • （4）避免返回局部变量的地址
  • 三、$assert$ 断言
  • 四、传值调用与传址调用
  • • 4.1、传值调用
    • 4.2、传址调用
  • 五、二级指针
  • 六、指针数组
  • • 6.1、指针数组的概念
    • 6.2、指针数组模拟二维数组

一、$const$ 修饰指针

1.1、$const$ 修饰变量

  
 当我们创建一个变量后，不想被修改，该怎么办呢？这时，我们就可以请出 $const$ 来修饰变量了
 

int main(){int m = 0;m = 20;//m可以被修改const int n = 0;n = 20;//n不能被修改return 0;}

  
运行结果：

如上图，若修改被 $const$ 修饰的变量，则程序报错。
 
 其实，$n$ 本质上还是变量，只是被 $const$ 修饰后，在语法上加了限制（此时的 $n$ 称作常变量），只要我们在代码中对 $n$ 进行修改，就不符合语法规则，程序就会报错。
 
 虽然通过正常手段无法修改 $n$ 的值，但我们可以用间接手段：通过 $n$ 的地址，来修改 $n$ 。

#includeint main(){const int n = 0;printf("n = %d\n", n);int* p = &n;*p = 20;printf("n = %d\n", n);return 0;}

  但我们用 $const$ 修饰变量，本质上是不希望变量被修改的，你现在通过指针把我给改了，是不是有点不讲武德。就好像我不希望你进我家，我把家门给锁，你现在翻窗进来，是不是有点不合适？
 
 所以我们应该让 $p$ 拿到 $n$ 的地址也修改不了 $n$ ，那该怎么办呢？

  我们可以用 $const$ 来修饰指针。
 

1.2、$const$ 修饰指针

$const$ 修饰指针变量的时候

• $const$ 如果放在 $\ast$ 的左边，修饰的是指针所指向的内容，保证指针所指向的内容不能通过指针来修改，但是指针变量本身的内容可以改变。
• $const$ 如果放在 $\ast$ 的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针变量本身不能被修改，但是指针指向的内容可以通过指针来改变。

注：当然，$const$ 也可以在 $\ast$ 两边都放的，但一般很少这么做。（你两边都不给我改，是不是太过分了）
 
通过代码来感受一下：
 
（1）$const$ 在 $\ast$ 左边

#includeint main(){int n = 0;int m = 10;const int* p = &n;p = &m;printf("%d\n", *p);return 0;}

运行结果：

  $const$ 在 $\ast$ 左边 : 指针变量本身的内容可以改变

参考代码:

#includeint main(){int n = 0;int m = 10;const int* p = &n;*p = 20;printf("%d\n", *p);return 0;}

运行结果:

 $const$ 在 $\ast$ 左边 : 指针所指向的内容不能通过指针来修改
 
（2）const 在 $\ast$ 右边
 
参考代码：

#includeint main(){int n = 0;int m = 10;int* const p = &n;*p = 20;printf("%d\n", *p);return 0;}

运行结果：

  $const$ 在 $\ast$ 右边 : 指针指向的内容可以通过指针来改变
 
参考代码：

#includeint main(){int n = 0;int m = 10;int* const p = &n;p = &m;printf("%d\n", *p);return 0;}

运行结果：

  $const$ 在 $\ast$ 右边 : 指针变量本身不能被修改

二、野指针

概念：野指针就是指针指向的位置是不可知的（随机的、不正确的、没有明确限制的）

2.1野指针的成因

（1）指针未初始化

int main(){int* p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值*p = 20;return 0;}

注：局部变量指针不初始化，默认为随机值
 

（2）指针越界访问

#includeint mian(){int arr[10] = { 0 };int* p = &arr[0];int i = 0;for (i = 0; i <= 11; i++){//当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针*p(p++) = i;}return 0;}

注：当指针指向超出 $arr$ 数组的范围时，$p$ 就是野指针
 

（3）指针指向的空间释放

#includeint* test(){int n = 100;return &n;}int mian(){int* p = test();printf("%d\n", *p);return 0;}

注：在【C语言】——详解函数一文中，曾提到函数中形参只是实参的一份拷贝，变量 $n$ 在出函数范围时已释放，这时的指针变量就是野指针。
 

2.2、如何规避野指针

（1）指针初始化

• 明确知道指针指向哪里，就初始化一个明确的地址
• 如果创建时，还不知道指针具体指向位置，则给指针赋值 $NULL$ 。

  
注：$NULL$ 是C语言中定义的一个标识符常量，本质是 0 。0 也是地址，但该地址位于内核之中，我们用户是无法使用的，读写该地址会报错。
 

#ifndef NULL#ifdef __cplusplus#define NULL 0#else#define NULL ((void *)0)#endif#endif

  我们可以把野指针看成野狗，很危险。给野指针赋值 NULL 相当于把野狗拴在树上，这时，你只要不靠近就不会有危险，相对安全 。

（2）小心指针越界

  
 创建变量时，向内存中申请了多少空间，通过指针也只能访问这些空间。超出这些空间访问，就是越界访问，指针也就成了野指针。上述例子中，数组的越界访问就是如此。
 

（3）指针变量不再使用时，及时置 NULL，指针使用之前检查有效性

  当我们创建指针变量想访问某个区域，后期不再访问时，可以将指针变量置为 NULL。
 
 使用指针变量前，我们先检查他的有效性，即检查它是否为空指针，如果为空指针，我们就不再访问。
 
 还是上面野狗的例子，虽然野狗被拴起来，但是靠近他还是很危险，要和他保持一定距离才算安全。
 
 事实上，我们使用指针最合理的方式是：先判断，再使用。
 

（4）避免返回局部变量的地址

  
 这一点，上述第三个例子中，不要返回函数中创建的局部变量的地址。
 
 

三、$assert$ 断言

  
 C语言 > 头文件中，定义了宏 $assert$，那么 $assert$ 的功能是什么呢” />$assert$ 用于在运行时程序符合规定条件，如不符合，则报错程序终止运行，并给出报错信息提示
宏 $assert$ 常常被称作断言
 

assert(p != NULL)

  
 程序在运行到上述语句时，会先判断指针 $p$ 是否为空指针，如果为空指针，则报错给出信息并终止程序运行。如果不是空指针，则程序正常运行。

  $assert（）$宏接受一个表达式作为参数（该表达式不一定非要指针），该表达式为真 $assert（）$宏不会产生任何作用，程序正常运行，当表达式为假，$assert（）$宏就会报错，在标准错误流 $stderr$ 中写入一条错误信息，表示没有通过的表达式，以及包含这个表达式的文件名和行号。

那么 $assert$ 有什么好处呢？

• 他能自动表示文件和出问题的行号
• 他有一种无需更改代码就开启和关闭的机制。如果想关闭 $assert$ 断言，只需在 #include 前面，加上一个宏 $NDEBUG$

#define NDEBUG#include 

  
 而如果程序又出现问题，我们只需要将 $NDEBUG$ 删除掉，$assert（）$就能重新启动了。
 
 这时，可能还有小伙伴会问，我可以直接用 $if$ 语句来判断啊，为什么要用 $assert$ 断言呢？
 

相比与if语句，$assert$ 断言：

• 出现错误，直接报错，并指明文件哪一行
• $if$ 语句在不用时，要把他注释掉，因为让他放在那会占用内存空间

  
 当然 $assert$ 断言也有缺点：因为引用了额外的检查，增加了程序运行时间。

  同时，$assert$ 断言一般在 $debug$ 版本中使用，在 $release$ 版本我们将它禁用就行，因为在 $release$ 版本 $assert$ 断言会直接被优化掉。
 
 

四、传值调用与传址调用

4.1、传值调用

  
 在之前的学习中，我们知道，函数传参中，形参仅仅是实参的一份临时拷贝，对形参的修改并不会改变实参的值（详情请看【C语言】——详解函数）。这种函数调用方式叫做传值调用。
 
 但如果我们想封装一个函数，让他交换两个变量的值，该怎么实现呢？这时我们就需要传址调用来实现，让我们一起来看看。
 

4.2、传址调用

  
 当我们函数传参时，将变量的地址传给函数，这种函数的调用方式叫做：传址调用。
 
我们来看下面代码：

#includevoid Swap(int* px, int* py){int tmp = 0;tmp = *px;*px = *py;*py = tmp;}int main(){int a = 0;int b = 0;scanf("%d %d", &a, &b);printf("交换前： a=%d b=%d\n", a, b);Swap(&a, &b);printf("交换后： a=%d b=%d\n", a, b);return 0;}

运行结果：

  我们可以看到，在 $main$ 函数中将 $a$ 和 $b$ 的地址传给了 $swap$ 函数，$swap$ 函数通过地址，简介访问两个变量，实现了两个变量间的交换

结论：

• 当我们调用函数，只需要主函数中变量的值时，可以使用传值调用
• 当我们需要函数内部修改主函数中的值，就需要传址调用

五、二级指针

  
 在讲解二级指针之前，我们先来理清一级指针变量$（p）$的三种关系：
 

• $p$ 中可以放 $a$ 的地址
• $p$ 可以通过解引用找到 $a$
• $p$ 自己本身也有一个地址

  
如图：

  
 那什么又是二级指针呢？
 
 二级指针就是存放指针变量地址的变量
 

#includeint main(){int a = 10;int* pa = &a;int** ppa = &pa;return 0;}

  
图示：

  
 在上述代码中，$ppa$ 就是二级指针变量，变量类型 $int$**，怎么来理解呢？

• 前面 $int$* 表示他所指向的变量为指针变量，
• 第二颗 $\ast$ 表示他是一个指针变量

  
对于二级指针的运算有：

• *$ppa$ 通过对 $ppa$ 中的地址进行解引用，这样找的是 $pa$， *$ppa$ 其实访问的就是 $pa$

int b = 20;*ppa = &b;//等价于 pa = &b;

• **$ppa$ 先通过 *$ppa$ 找到 $pa$，然后对 $pa$ 进行解引用从操作： *$pa$，找到的是 $a$

**ppa = 30;//等价于 *pa = 30;//等价于 a = 30;

六、指针数组

6.1、指针数组的概念

  
 首先，我先来问一个问题，指针数组是指针还是数组？
 
 我们学习新知识的时候，可以用类似的旧知识来类比：整形数组是整形变量还是数组？答案很明显嘛，就是数组，同理，指针数组也是数组。
 
 就像整形数组存放的元素类型是整形，指针数组存放的每个元素为指针。
 

指针数组的每个元素是地址，又可以指向一块区域。

6.2、指针数组模拟二维数组

#includeint main(){int arr1[] = { 1,2,3,4,5 };int arr2[] = { 2,3,4,5,6 };int arr3[] = { 3,4,5,6,7 };int* parr[3] = { &arr1[0],&arr2[0],&arr3[0] };int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < 3; i++){for (j = 0; j < 5; j++){printf("%d ", parr[i][j]);}printf("\n");}}

  
运行结果：

 

 
 
 $parr$$[$ $i$ $]$ 是访问 $parr$ 数组的元素，$parr$$[$ $i$ $]$ 找到的数组元素指向了整型一维数组，$parr$$[$ $i$ $]$$[$ $j$ $]$ 就是整形一维数组中的元素。
 
 上述代码模拟出二维数组的效果，实际上并非完全是二维数组，因为二维数组在内存中是连续存储的，而上述代码每一行的存储可能差了十万八千里。
 
 
 
 

  好啦，本期关于指针就介绍到这里啦，希望本期博客能对你有所帮助，同时，如果有错误的地方请多多指正，让我们在C语言的学习路上一起进步！