# 指针

## 概述

### 内存

内存含义：

- 存储器：计算机的组成中，用来存储程序和数据，辅助CPU进行运算处理的重要部分。
- 内存：内部存贮器，暂存程序/数据——掉电丢失 SRAM、DRAM、DDR、DDR2、DDR3。
- 外存：外部存储器，长时间保存程序/数据—掉电不丢ROM、ERRROM、FLASH（NAND、NOR）、硬盘、光盘。

内存是沟通CPU与硬盘的桥梁：

- 暂存放CPU中的运算数据
- 暂存与硬盘等外部存储器交换的数据

### 物理存储器和存储地址空间

**有关内存的两个概念：物理存储器和存储地址空间。**

物理存储器：实际存在的具体存储器芯片。

- 主板上装插的内存条
- 显示卡上的显示RAM芯片
- 各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片

存储地址空间：对存储器编码的范围。我们在软件上常说的内存是指这一层含义。

- 编码：对每个物理存储单元（一个字节）分配一个号码
- 寻址：可以根据分配的号码找到相应的存储单元，完成数据的读写

### 内存地址

- 将内存抽象成一个很大的一维字符数组。
- 编码就是对内存的每一个字节分配一个32位或64位的编号（与32位或者64位处理器相关）。
- 这个内存编号我们称之为内存地址。

内存中的每一个数据都会分配相应的地址：

- char:占一个字节分配一个地址

- int: 占四个字节分配四个地址

- float、struct、函数、数组等

![图片1](assets/clip_image002-1626254408538.png)

 

### 指针和指针变量

- 内 存区的每一个字节都有一个编号，这就是“地址”。
- 如果在程序中定义了一个变量，在对程序进行编译或运行时，系统就会给这个变量分配内存单元，并确定它的内存地址(编号)
- 指针的实质就是内存“地址”。指针就是地址，地址就是指针。
- 指针是内存单元的编号，指针变量是存放地址的变量。
- 通常我们叙述时会把指针变量简称为指针，实际他们含义并不一样。

![图片2](assets/clip_image002-1626254802471.png)

## 指针基础知识

### 指针变量的定义和使用

- 指针也是一种数据类型，指针变量也是一种变量
- 指针变量指向谁，就把谁的地址赋值给指针变量
- `·`操作符操作的是指针变量指向的内存空间

```
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a = 0;
	char b = 100;
	printf("%p, %p\n", &a, &b); //打印a, b的地址

	//int *代表是一种数据类型，int*指针类型，p才是变量名
	//定义了一个指针类型的变量，可以指向一个int类型变量的地址
	int *p;
	p = &a;//将a的地址赋值给变量p，p也是一个变量，值是一个内存地址编号
	printf("%d\n", *p);//p指向了a的地址，*p就是a的值

	char *p1 = &b;
	printf("%c\n", *p1);//*p1指向了b的地址，*p1就是b的值

	return 0;
}

```

```{note}
&可以取得一个变量在内存中的地址。但是，不能取寄存器变量，因为寄存器变量不在内存里，而在CPU里面，所以是没有地址的。
```

### 通过指针间接修改变量的值

```
	int a = 0;
	int b = 11;
	int *p = &a;

	*p = 100;
	printf("a = %d, *p = %d\n", a, *p);

	p = &b;
	*p = 22;
	printf("b = %d, *p = %d\n", b, *p);


```

### 指针大小

- 使用sizeof()测量指针的大小，得到的总是：4或8
- sizeof()测的是指针变量指向存储地址的大小
- 在32位平台，所有的指针（地址）都是32位(4字节)
- 在64位平台，所有的指针（地址）都是64位(8字节)

```
	int *p1;
	int **p2;
	char *p3;
	char **p4;
	printf("sizeof(p1) = %d\n", sizeof(p1));
	printf("sizeof(p2) = %d\n", sizeof(p2));
	printf("sizeof(p3) = %d\n", sizeof(p3));
	printf("sizeof(p4) = %d\n", sizeof(p4));
	printf("sizeof(double *) = %d\n", sizeof(double *));
```

### 野指针和空指针

指针变量也是变量，是变量就可以任意赋值，不要越界即可（32位为4字节，64位为8字节），但是，任意数值赋值给指针变量没有意义，因为这样的指针就成了**野指针**，此指针指向的区域是未知(操作系统不允许操作此指针指向的内存区域)。所以，野指针不会直接引发错误，操作野指针指向的内存区域才会出问题。

```
int a = 100;
	int *p;
	p = a; //把a的值赋值给指针变量p，p为野指针， ok，不会有问题，但没有意义

	p = 0x12345678; //给指针变量p赋值，p为野指针， ok，不会有问题，但没有意义

	*p = 1000;  //操作野指针指向未知区域，内存出问题，err

```

但是，野指针和有效指针变量保存的都是数值，为了标志此指针变量没有指向任何变量(空闲可用)，C语言中，可以把NULL赋值给此指针，这样就标志此指针为空指针，没有任何指针。

```
	int *p = NULL;
```

NULL是一个值为0的宏常量：

```
#define NULL    ((void *)0)
```

### 万能指针void *

`void *`指针可以指向任意变量的内存空间：

```
void *p = NULL;

	int a = 10;
	p = (void *)&a; //指向变量时，最好转换为void *

	//使用指针变量指向的内存时，转换为int *
	*( (int *)p ) = 11;
	printf("a = %d\n", a);

```

### const修饰的指针变量

```
int a = 100;
	int b = 200;

//指向常量的指针
	//修饰*，指针指向内存区域不能修改，指针指向可以变
	const int * p1 = &a; //等价于int const *p1 = &a;
	//*p1 = 111; //err
	p1 = &b; //ok

//指针常量
	//修饰p1，指针指向不能变，指针指向的内存可以修改
	int * const p2 = &a;
	//p2 = &b; //err
	*p2 = 222; //ok

```

在编辑程序时，指针作为函数参数，如果不想修改指针对应内存空间的值，需要使用const修饰指针数据类型。

## 指针和数组

### 数组名

数组名字是数组的首元素地址，但它是一个常量：

```
int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
	printf("a = %p\n", a);
	printf("&a[0] = %p\n", &a[0]);

	//a = 10; //err, 数组名只是常量，不能修改

```

### 指针操作数组元素

```
#include <stdio.h>

int  main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
	int i = 0;
	int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);
	
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		//printf("%d, ", a[i]);
		printf("%d, ", *(a+i));
	}
	printf("\n");

	int *p = a; //定义一个指针变量保存a的地址
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		p[i] = 2 * i;
	}

	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d, ", *(p + i));
	}
	printf("\n");


	return 0;
}

```

### 指针加减运算

#### 加法运算

- 指针计算不是简单的整数相加
- 如果是一个int *，+1的结果是增加一个int的大小
- 如果是一个char *，+1的结果是增加一个char大小

```
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a;
	int *p = &a;
	printf("%d\n", p);
	p += 2;//移动了2个int
	printf("%d\n", p);

	char b = 0;
	char *p1 = &b;
	printf("%d\n", p1);
	p1 += 2;//移动了2个char
	printf("%d\n", p1);

	return 0;
}

```

通过改变指针指向操作数组元素：

```
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
	int i = 0;
	int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);

	int *p = a;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d, ", *p);
		p++;
	}
	printf("\n");
	
	return 0;
}

```

#### 减法运算

示例1

```
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
	int i = 0;
	int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);

	int *p = a+n-1;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d, ", *p);
		p--;
	}
	printf("\n");

	return 0;
}

```

示例2

```
#include <stdio.h>

int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
	int *p2 = &a[2]; //第2个元素地址
	int *p1 = &a[1]; //第1个元素地址
	printf("p1 = %p, p2 = %p\n", p1, p2);

	int n1 = p2 - p1; //n1 = 1
	int n2 = (int)p2 - (int)p1; //n2 = 4
	printf("n1 = %d, n2 = %d\n", n1, n2);
	
	return 0;
}

```

### 指针数组

指针数组，它是数组，数组的每个元素都是指针类型。

```
#include <stdio.h>

int main()
{
	//指针数组
	int *p[3];
	int a = 1;
	int b = 2;
	int c = 3;
	int i = 0;

	p[0] = &a;
	p[1] = &b;
	p[2] = &c;

	for (i = 0; i < sizeof(p) / sizeof(p[0]); i++ )
	{
		printf("%d, ", *(p[i]));
	}
	printf("\n");
	
	return 0;
}

```

## 多级指针

- C语言允许有多级指针存在，在实际的程序中一级指针最常用，其次是二级指针。

- 二级指针就是指向一个一级指针变量地址的指针。

- 三级指针基本用不着，但考试会考。

```
int a = 10;
	int *p = &a; //一级指针
	*p = 100; //*p就是a

	int **q = &p;
	//*q就是p
	//**q就是a

	int ***t = &q;
	//*t就是q
	//**t就是p
	//***t就是a

```

## 指针和函数

### 函数形参改变实参的值

```
#include <stdio.h>

void swap1(int x, int y)
{
	int tmp;
	tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
	printf("x = %d, y = %d\n", x, y);
}

void swap2(int *x, int *y)
{
	int tmp;
	tmp = *x;
	*x = *y;
	*y = tmp;
}

int main()
{
	int a = 3;
	int b = 5;
	swap1(a, b); //值传递
	printf("a = %d, b = %d\n", a, b);

	a = 3;
	b = 5;
	swap2(&a, &b); //地址传递
	printf("a2 = %d, b2 = %d\n", a, b);

	return 0;
}

```

###  数组名做函数参数

数组名做函数参数，函数的形参会退化为指针：

```
#include <stdio.h>

void printArrary(int *a, int n)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d, ", a[i]);
	}
	printf("\n");
}

int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
	int n = sizeof(a) / sizeof(a[0]);

	//数组名做函数参数
	printArrary(a, n); 
	return 0;
}

```

### 指针做为函数的返回值

```
#include <stdio.h>

int a = 10;

int *getA()
{
	return &a;
}


int main()
{
	*( getA() ) = 111;
	printf("a = %d\n", a);

	return 0;
}

```

## 指针和字符串

### 字符指针

```
#include <stdio.h>

int main()
{
	char str[] = "hello world";
	char *p = str;
	*p = 'm';
	p++;
	*p = 'i';
	printf("%s\n", str);

	p = "mike jiang";
	printf("%s\n", p);

	char *q = "test";
	printf("%s\n", q);

	return 0;
}

```

### 字符指针做函数参数

```
#include <stdio.h>

void mystrcat(char *dest, const char *src)
{
	int len1 = 0;
	int len2 = 0;
	while (dest[len1])
	{
		len1++;
	}
	while (src[len2])
	{
		len2++;
	}

	int i;
	for (i = 0; i < len2; i++)
	{
		dest[len1 + i] = src[i];
	}
}

int main()
{
	char dst[100] = "hello mike";
	char src[] = "123456";
	
	mystrcat(dst, src);
	printf("dst = %s\n", dst);

	return 0;
}

```

### const修饰的指针变量

```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
	//const修饰一个变量为只读
	const int a = 10;
	//a = 100; //err

	//指针变量， 指针指向的内存， 2个不同概念
	char buf[] = "aklgjdlsgjlkds";

	//从左往右看，跳过类型，看修饰哪个字符
	//如果是*， 说明指针指向的内存不能改变
	//如果是指针变量，说明指针的指向不能改变，指针的值不能修改
	const char *p = buf;
	// 等价于上面 char const *p1 = buf;
	//p[1] = '2'; //err
	p = "agdlsjaglkdsajgl"; //ok

	char * const p2 = buf;
	p2[1] = '3';
	//p2 = "salkjgldsjaglk"; //err

	//p3为只读，指向不能变，指向的内存也不能变
	const char * const p3 = buf;

	return 0;
}

```

### 指针数组做为main函数的形参

```
int main(int argc, char *argv[]);
```

- main函数是操作系统调用的，第一个参数标明argc数组的成员数量，argv数组的每个成员都是char *类型

- argv是命令行参数的字符串数组

- argc代表命令行参数的数量，程序名字本身算一个参数

```
#include <stdio.h>

//argc: 传参数的个数（包含可执行程序）
//argv：指针数组，指向输入的参数
int main(int argc, char *argv[])
{

	//指针数组，它是数组，每个元素都是指针
	char *a[] = { "aaaaaaa", "bbbbbbbbbb", "ccccccc" };
	int i = 0;

	printf("argc = %d\n", argc);
	for (i = 0; i < argc; i++)
	{
		printf("%s\n", argv[i]);
	}
	return 0;
}

```

### 项目开发常用字符串应用模型

#### strstr中的while和do-while模型

利用strstr标准库函数找出一个字符串中substr出现的个数。

while模型

```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
	char *p = "11abcd111122abcd333abcd3322abcd3333322qqq";
	int n = 0;

	while ((p = strstr(p, "abcd")) != NULL)
	{
		//能进来，肯定有匹配的子串
		//重新设置起点位置
		p = p + strlen("abcd");
		n++;

		if (*p == 0) //如果到结束符
		{
			break;
		}

	}

	printf("n = %d\n", n);

	return 0;
}

```

do-while模型

```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
	char *p = "11abcd111122abcd333abcd3322abcd3333322qqq";
	int n = 0;

	do
	{
		p = strstr(p, "abcd");
		if (p != NULL)
		{
			n++; //累计个数

			//重新设置查找的起点
			p = p + strlen("abcd");

		}
		else //如果没有匹配的字符串，跳出循环
		{
			break;
		}
	} while (*p != 0); //如果没有到结尾

	printf("n = %d\n", n);
	return 0;
}

```

#### 两头堵模型

求非空字符串元素的个数：

```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>

int fun(char *p, int *n)
{
	if (p == NULL || n == NULL)
	{
		return -1;
	}

	int begin = 0;
	int end = strlen(p) - 1;

	//从左边开始
	//如果当前字符为空，而且没有结束
	while (p[begin] == ' ' && p[begin] != 0)
	{
		begin++; //位置从右移动一位
	}

	//从右往左移动
	while (p[end] == ' ' && end > 0)
	{
		end--; //往左移动
	}

	if (end == 0)
	{
		return -2;
	}

	//非空元素个数
	*n = end - begin + 1;

	return 0;
}

int main(void)
{
	char *p = "      abcddsgadsgefg      ";
	int ret = 0;
	int n = 0;

	ret = fun(p, &n);
	if (ret != 0)
	{
		return ret;
	}
	printf("非空字符串元素个数：%d\n", n);

	return 0;
}

```

#### 字符串反转模型(逆置)

![图片1](assets/clip_image002-1626308519582.png)

```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int inverse(char *p)
{
	if (p == NULL)
	{
		return -1;
	}
	char *str = p;
	int begin = 0;
	int end = strlen(str) - 1;
	char tmp;

	while (begin < end)
	{
		//交换元素
		tmp = str[begin];
		str[begin] = str[end];
		str[end] = tmp;

		begin++;  //往右移动位置
		end--;	    //往左移动位置
	}

	return 0;
}

int main(void)
{
	//char *str = "abcdefg"; //文件常量区，内容不允许修改
	char str[] = "abcdef";

	int ret = inverse(str);
	if (ret != 0)
	{
		return ret;
	}

	printf("str ========== %s\n", str);
	return 0;
}

```

### 字符串处理函数

#### strcpy()

```
#include <string.h>
char *strcpy(char *dest, const char *src);
功能：把src所指向的字符串复制到dest所指向的空间中，'\0'也会拷贝过去
参数：
	dest：目的字符串首地址
	src：源字符首地址
返回值：
	成功：返回dest字符串的首地址
	失败：NULL

```

```{warning}
如果参数dest所指的内存空间不够大，可能会造成缓冲溢出的错误情况。
```

 ```
 char dest[20] = "123456789";
 	char src[] = "hello world";
 	strcpy(dest, src);
 	printf("%s\n", dest);
 
 ```

#### strncpy()

```
#include <string.h>
char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);
功能：把src指向字符串的前n个字符复制到dest所指向的空间中，是否拷贝结束符看指定的长度是否包含'\0'。
参数：
	dest：目的字符串首地址
	src：源字符首地址
	n：指定需要拷贝字符串个数
返回值：
	成功：返回dest字符串的首地址
	失败：NULL

```

```
	char dest[20] ;
	char src[] = "hello world";

	strncpy(dest, src, 5);
	printf("%s\n", dest);

	dest[5] = '\0';
	printf("%s\n", dest);

```

#### strcat()

```
#include <string.h>
char *strcat(char *dest, const char *src);
功能：将src字符串连接到dest的尾部，‘\0’也会追加过去
参数：
	dest：目的字符串首地址
	src：源字符首地址
返回值：
	成功：返回dest字符串的首地址
	失败：NULL

```

```
char str[20] = "123";
	char *src = "hello world";
	printf("%s\n", strcat(str, src));

```

#### strncat()

```
#include <string.h>
char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);
功能：将src字符串前n个字符连接到dest的尾部，‘\0’也会追加过去
参数：
	dest：目的字符串首地址
	src：源字符首地址
	n：指定需要追加字符串个数
返回值：
	成功：返回dest字符串的首地址
	失败：NULL

```

```
char str[20] = "123";
	char *src = "hello world";
	printf("%s\n", strncat(str, src, 5));

```

#### strcmp()

```
#include <string.h>
int strcmp(const char *s1, const char *s2);
功能：比较 s1 和 s2 的大小，比较的是字符ASCII码大小。
参数：
	s1：字符串1首地址
	s2：字符串2首地址
返回值：
	相等：0
	大于：>0 在不同操作系统strcmp结果会不同   返回ASCII差值
	小于：<0

```

```
char *str1 = "hello world";
	char *str2 = "hello mike";

	if (strcmp(str1, str2) == 0)
	{
		printf("str1==str2\n");
	}
	else if (strcmp(str1, str2) > 0)
	{
		printf("str1>str2\n");
	}	
	else
	{
		printf("str1<str2\n");
	}

```

#### strncmp()

```
#include <string.h>
int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n);
功能：比较 s1 和 s2 前n个字符的大小，比较的是字符ASCII码大小。
参数：
	s1：字符串1首地址
	s2：字符串2首地址
	n：指定比较字符串的数量
返回值：
	相等：0
	大于： > 0
	小于： < 0

```

```
char *str1 = "hello world";
	char *str2 = "hello mike";

	if (strncmp(str1, str2, 5) == 0)
	{
		printf("str1==str2\n");
	}
	else if (strcmp(str1, "hello world") > 0)
	{
		printf("str1>str2\n");
	}
	else
	{
		printf("str1<str2\n");
	}
```

#### sprintf()

```
#include <stdio.h>
int sprintf(char *str, const char *format, ...);
功能：根据参数format字符串来转换并格式化数据，然后将结果输出到str指定的空间中，直到出现字符串结束符 '\0'  为止。
参数：
	str：字符串首地址
	format：字符串格式，用法和printf()一样
返回值：
	成功：实际格式化的字符个数
	失败： - 1
```

```
char dst[100] = { 0 };
	int a = 10;
	char src[] = "hello world";
	printf("a = %d, src = %s", a, src);
	printf("\n");

	int len = sprintf(dst, "a = %d, src = %s", a, src);
	printf("dst = \" %s\"\n", dst);
	printf("len = %d\n", len);

```

#### sscanf()

```
#include <stdio.h>
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);
功能：从str指定的字符串读取数据，并根据参数format字符串来转换并格式化数据。
参数：
	str：指定的字符串首地址
	format：字符串格式，用法和scanf()一样
返回值：
	成功：参数数目，成功转换的值的个数
	失败： - 1

```

```
char src[] = "a=10, b=20";
	int a;
	int b;
	sscanf(src, "a=%d,  b=%d", &a, &b);
	printf("a:%d, b:%d\n", a, b);

```

#### strchr()

```
#include <string.h>
char *strchr(const char *s, int c);
功能：在字符串s中查找字母c出现的位置
参数：
	s：字符串首地址
	c：匹配字母(字符)
返回值：
	成功：返回第一次出现的c地址
	失败：NULL

```

```
char src[] = "ddda123abcd";
	char *p = strchr(src, 'a');
	printf("p = %s\n", p);

```

#### strstr()

```
#include <string.h>
char *strstr(const char *haystack, const char *needle);
功能：在字符串haystack中查找字符串needle出现的位置
参数：
	haystack：源字符串首地址
	needle：匹配字符串首地址
返回值：
	成功：返回第一次出现的needle地址
	失败：NULL

```

```
char src[] = "ddddabcd123abcd333abcd";
	char *p = strstr(src, "abcd");
	printf("p = %s\n", p);
```

#### strtok()

```
#include <string.h>
char *strtok(char *str, const char *delim);
功能：来将字符串分割成一个个片段。当strtok()在参数s的字符串中发现参数delim中包含的分割字符时, 则会将该字符改为\0 字符，当连续出现多个时只替换第一个为\0。
参数：
	str：指向欲分割的字符串
	delim：为分割字符串中包含的所有字符
返回值：
	成功：分割后字符串首地址
	失败：NULL

```

- 在第一次调用时：strtok()必需给予参数s字符串

- 往后的调用则将参数s设置成NULL，每次调用成功则返回指向被分割出片段的指针

```
char a[100] = "adc*fvcv*ebcy*hghbdfg*casdert";
	char *s = strtok(a, "*");//将"*"分割的子串取出
	while (s != NULL)
	{
		printf("%s\n", s);
		s = strtok(NULL, "*");
	}
```

#### atoi()

```
#include <stdlib.h>
int atoi(const char *nptr);
功能：atoi()会扫描nptr字符串，跳过前面的空格字符，直到遇到数字或正负号才开始做转换，而遇到非数字或字符串结束符('\0')才结束转换，并将结果返回返回值。
参数：
	nptr：待转换的字符串
返回值：成功转换后整数

```

类似的函数有：

- atof()：把一个小数形式的字符串转化为一个浮点数。

- atol()：将一个字符串转化为long类型

```
	char str1[] = "-10";
	int num1 = atoi(str1);
	printf("num1 = %d\n", num1);

	char str2[] = "0.123";
	double num2 = atof(str2);
	printf("num2 = %lf\n", num2);

```

## 指针小结

| **定义**    | **说明**                                     |
| ----------- | -------------------------------------------- |
| int i       | 定义整形变量                                 |
| int *p      | 定义一个指向int的指针变量                    |
| int a[10]   | 定义一个有10个元素的数组，每个元素类型为int  |
| int *p[10]  | 定义一个有10个元素的数组，每个元素类型为int* |
| int func()  | 定义一个函数，返回值为int型                  |
| int *func() | 定义一个函数，返回值为int *型                |
| int **p     | 定义一个指向int的指针的指针，二级指针        |