【C++漂流记】一文搞懂指针的定义和使用、野指针、空指针、const修饰指针、指针与数组、指针与函数

Bertha 。 2024-03-08 08:07 122阅读 0赞

> 指针是C和C++语言中的一个重要概念，它是一个变量，存储另一个变量的内存地址。通过指针，可以间接地访问该变量的值。指针在内存管理、数据结构、系统编程等领域有广泛应用。使用指针时需要注意指针的正确性和安全性，避免空指针、野指针等错误的使用方式，以避免程序出现不可预期的行为。  
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#### 文章目录 ####

*   *  一、指针的定义和使用
     *  二、指针占用的内存
     *  三、空指针
     *  四、野指针
     *  五、const修饰指针
     *  六、指针和数组
     *  七、指针和函数

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### 一、指针的定义和使用 ###

指针是C语言中的一个重要概念，它是一种变量，存储的是另一个变量的地址。通过指针，我们可以间接地访问和修改变量的值。  
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**定义和使用指针可以通过以下方式：**

1.  声明一个指针变量：`int* ptr;` 声明一个指向 `int` 类型的指针 `ptr`。
2.  初始化指针：`int* ptr = &num;` 将指针 `ptr` 初始化为变量 `num` 的地址。
3.  解引用指针：`int value = *ptr;` 解引用指针 `ptr`，获取指针所指向的值。

**下面是一个指针的简单示例：**

#include <stdio.h>
    
    int main() {
        
        int a = 10;   // 定义一个整数变量a，并初始化为10
        int *p;        // 定义一个指针变量p
    
        p = &a;        // 将a的地址赋给p
    
        printf("a的值：%d\n", a);   // 输出a的值
        printf("a的地址：%p\n", &a);   // 输出a的地址
        printf("p指向的值：%d\n", *p);   // 输出p指向的值，也就是a的值
        printf("p的地址：%p\n", p);   // 输出p的地址，也就是a的地址
    
        *p = 20;       // 通过指针修改a的值
    
        printf("a的新值：%d\n", a);   // 输出a的新值，也就是20
    
        return 0;
    }

解释：

1.  `int a = 10;` 定义了一个整数变量 `a`，并将其初始化为 `10`。
2.  `int *p;` 定义了一个指针变量 `p`，这个变量存储的是一个整数变量的地址。
3.  `p = &a;` 这行代码将 `a` 的地址赋值给 `p`。现在，`p` 存储的是 `a` 的地址。
4.  `printf("a的值：%d\n", a);` 这行代码输出 `a` 的值，结果是 `10`。
5.  `printf("a的地址：%p\n", &a);` 这行代码输出 `a` 的地址，结果是类似 `0x7fff5fbffb68` 这样的内存地址。
6.  `printf("p指向的值：%d\n", *p);` 这行代码输出 `p` 指向的值，也就是 `a` 的值。因为 `p` 存储的是 `a` 的地址，所以 `*p` 就表示访问这个地址处的值，结果是 `10`。
7.  `printf("p的地址：%p\n", p);` 这行代码输出 `p` 的地址，也就是 `a` 的地址。这是因为 `p` 存储的是 `a` 的地址，所以输出的地址也是 `a` 的地址。
8.  `*p = 20;` 这行代码通过指针修改了 `a` 的值。因为 `p` 存储的是 `a` 的地址，所以 `*p` 就表示访问这个地址处的值，现在将这个值设置为 `20`，实际上就是修改了 `a` 的值。
9.  `printf("a的新值：%d\n", a);` 这行代码输出 `a` 的新值，也就是 `20`。可以看到，通过指针修改了 `a` 的值。

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### 二、指针占用的内存 ###

不同的系统和编译器可能会为指针分配不同的字节大小。通常来说，在32位系统中，指针占用4个字节（32位 = 4字节），而在64位系统中，指针占用8个字节。这是因为在32位系统中，地址空间是232，所以每个地址必须用32位（4字节）来表示。同样，在64位系统中，地址空间是2^64，所以每个地址必须用64位（8字节）来表示。

你可以使用C语言的`sizeof`运算符来获取指针的字节大小。

**以下是一个简单的示例：**

#include <stdio.h>
    
    int main() {
        
        int *p;
        printf("指针p的字节大小：%zu\n", sizeof(p));
        return 0;
    }

这段代码将输出指针变量`p`的字节大小。在32位系统中，结果为4；在64位系统中，结果为8。

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### 三、空指针 ###

空指针（null pointer）是一种特殊类型的指针，不指向任何对象或函数。空指针通常用于表示没有有效指针的情况。

在C和C++语言中，空指针的表示形式为`NULL`（在C++中也可以使用`nullptr`）。当一个指针被初始化为`NULL`时，它就是一个空指针。

使用空指针可能会导致未定义的行为，因为无法确定指针指向的内存位置。为了避免这种情况，最好在使用指针之前先检查其是否为空。例如：

int *ptr = nullptr;
    if (ptr != nullptr) {
        // 指针不为空，可以使用它
        int value = *ptr;
    } else {
        // 指针为空，不能使用它
        // 可以进行适当的错误处理或初始化操作
    }

在上面的代码中，我们首先检查指针是否为空，然后才使用它。这样可以避免未定义的行为。

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### 四、野指针 ###

野指针（wild pointer）是指在C和C++中，未初始化的指针或未释放的指针。野指针是很危险的，它们可能会导致程序崩溃或者产生不可预期的行为。

为了避免野指针的问题，程序员应该在定义指针时进行初始化，或者在使用完指针后及时释放内存。例如：

int *ptr = malloc(sizeof(int)); // 正确的方式，先分配内存，再定义指针
    if (ptr == NULL) {
        
        // 处理错误
    }
    
    // ... 使用 ptr ...
    
    free(ptr); // 释放内存
    ptr = NULL; // 将指针设置为 NULL，避免野指针

在上面的代码中，我们首先使用`malloc`函数分配了内存，然后定义了一个指向该内存的指针。在使用完指针后，我们使用`free`函数释放了内存，并将指针设置为`NULL`。这样可以避免野指针的问题。

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### 五、const修饰指针 ###

在C语言中，`const`关键字可以用来修饰指针，以限制指针的使用权限。

当`const`修饰指针时，根据`const`的位置，可以有两种不同的语法：

1.  `const`在指针符号的左边，表示指针指向的是一个常量，即不可通过指针来修改该地址上的值。例如：

const int *p;

这里，`const`修饰的是int类型的变量，而指针p指向这个变量。这意味着你不能通过指针p来修改该地址上的值，即：

*p = 10; // 编译错误，不能通过指针修改该地址上的值

1.  `const`在指针符号的右边，表示指针本身是一个常量指针，即该指针一旦指向某个地址后，就不能再指向其他地址。例如：

int *const p;

这里，`const`修饰的是指针p本身，而不是`p`所指向的变量。这意味着指针`p`一旦指向某个地址后，就不能再指向其他地址，即：

p = &a; // 可以编译通过，p指向变量a的地址
    p = &b; // 编译错误，p不能指向其他地址

1.  `const`还可以同时修饰指针本身和指针所指向的数据，表示指针指向的数据不可通过指针修改，并且指针本身也不能被重新赋值。例如：

const int *const p;

这里，`const`修饰指针p所指向的`int`类型数据，表示不能通过指针`p`修改该数据；同时，`const`也修饰指针`p`本身，表示指针`p`不能被重新赋值。因此，指针`p`一旦指向某个地址后，就不能再指向其他地址，并且不能通过指针`p`修改该地址上的值。

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### 六、指针和数组 ###

指针和数组之间有着紧密的联系，因为数组的名称可以当作一个指针使用。下面将分别介绍指针和数组的相关知识，以及它们之间的联系。

1.  指针

指针是一个变量，其值为另一个变量的地址。通过指针，可以间接地访问另一个变量。指针有指向数据类型的指针和指向函数的指针之分。指向数据类型的指针用于存储数据类型的地址，指向函数的指针用于调用函数。

1.  数组

数组是一种有序的数据结构，可以存储相同类型的多个元素。数组的名称可以看作是一个指向数组第一个元素的指针。因此，可以通过数组名称来访问数组元素。

1.  指针和数组的联系

指针和数组之间有着密切的联系。首先，数组的名称可以看作是一个指向数组第一个元素的指针。其次，可以通过指针来访问数组元素。例如，可以使用指针的加法运算来遍历数组。

下面是一个示例代码，演示了指针和数组的联系：

#include <stdio.h>
    
    int main() {
        
        int arr[] = {
        1, 2, 3, 4, 5};
        int *p = arr; // 数组名称可以看作是一个指向数组第一个元素的指针
    
        // 使用指针遍历数组
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
        
            printf("%d ", *(p + i));
        }
    
        return 0;
    }

在上述代码中，定义了一个名为arr的整数类型数组，并将其初始化为`{1, 2, 3, 4, 5}`。然后，定义了一个指向整数类型的指针`p`，并将其初始化为`arr`。这里，`arr`可以看作是一个指向数组第一个元素的指针。接下来，使用指针`p`来遍历数组，输出每个元素的值。

需要注意的是，当使用指针访问数组元素时，需要使用指针的加法运算来计算元素的地址。例如，`*(p + i)`表示指针p所指向的地址加上`i`个元素的大小，即访问数组的第`i`个元素。

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### 七、指针和函数 ###

指针和函数之间也有一定的联系。通过指针，可以将函数的地址传递给另一个函数，从而调用该函数。此外，指针也可以用于作为函数的参数，以实现更灵活和高效的操作。

下面是一个示例代码，演示了指针和函数之间的联系：

#include <stdio.h>
    
    void func(int *p) {
        
        printf("Value: %d\n", *p);
    }
    
    int main() {
        
        int a = 10;
        int *p = &a; // 指针p指向变量a的地址
    
        // 调用函数，传递指针p作为参数
        func(p);
    
        return 0;
    }

在上述代码中，定义了一个名为func的函数，该函数接受一个指向整数类型的指针作为参数。在main函数中，定义了一个整数类型变量a，并初始化为10。然后，定义了一个指向整数类型的指针p，并将其初始化为a的地址。接下来，调用func函数，并将指针p作为参数传递给该函数。在func函数中，通过指针p访问变量a的值，并输出结果。

[c939b08a932d4f53af477cc8000c3bda.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/08/2d550396127d4f95be75c82af9b8bf0f.png
[27e6d31ffeb043e09de18cc2cbc4a870.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/08/3a599b6da7694d39ab03fc69fb88ef0f.png