搞懂C语言指针，看这篇就够了！

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ID：技术让梦想更伟大

整理：李肖遥

说到指针，估计还是有很多小伙伴都还是云里雾里的，有点“知其然，而不知其所以然”。但是，不得不说，学了指针，C语言才能算是入门了。指针是C语言的「精华」，可以说，对对指针的掌握程度，「直接决定」了你C语言的编程能力。

在讲指针之前，我们先来了解下变量在「内存」中是如何存放的。

在程序中定义一个变量，那么在程序编译的过程中，系统会根据你定义变量的类型来分配「相应尺寸」的内存空间。那么如果要使用这个变量，只需要用变量名去访问即可。

通过变量名来访问变量，是一种「相对安全」的方式。因为只有你定义了它，你才能够访问相应的变量。这就是对内存的基本认知。但是，如果光知道这一点的话，其实你还是不知道内存是如何存放变量的，因为底层是如何工作的，你依旧不清楚。

那么如果要继续深究的话，你就需要把变量在内存中真正的样子是什么搞清楚。内存的最小索引单元是1字节，那么你其实可以把内存比作一个超级大的「字符型数组」。在上一节我们讲过，数组是有下标的，我们是通过数组名和下标来访问数组中的元素。那么内存也是一样，只不过我们给它起了个新名字：地址。每个地址可以存放「1字节」的数据，所以如果我们需要定义一个整型变量，就需要占据4个内存单元。

那么，看到这里你可能就明白了：其实在程序运行的过程中，完全不需要变量名的参与。变量名只是方便我们进行代码的编写和阅读，只有程序员和编译器知道这个东西的存在。而编译器还知道具体的变量名对应的「内存地址」，这个是我们不知道的，因此编译器就像一个桥梁。当读取某一个变量的时候，编译器就会找到变量名所对应的地址，读取对应的值。

初识指针和指针变量

那么我们现在就来切入正题，指针是个什么东西呢？

所谓指针，就是内存地址（下文简称地址）。C语言中设立了专门的「指针变量」来存储指针，和「普通变量」不一样的是，指针变量存储的是「地址」。

定义指针

指针变量也有类型，实际上取决于地址指向的值的类型。那么如何定义指针变量呢：

很简单：类型名* 指针变量名

char* pa;//定义一个字符变量的指针，名称为pa
int* pb;//定义一个整型变量的指针，名称为pb
float* pc;//定义一个浮点型变量的指针，名称为pc

注意，指针变量一定要和指向的变量的类型一样，不然类型不同可能在内存中所占的位置不同，如果定义错了就可能导致出错。

取地址运算符和取值运算符

获取某个变量的地址，使用取地址运算符&，如：

char* pa = &a;
int* pb = &f;

如果反过来，你要访问指针变量指向的数据，那么你就要使用取值运算符*，如：

printf("%c, %d\n", *pa, *pb);

这里你可能发现，定义指针的时候也使用了*，这里属于符号的「重用」，也就是说这种符号在不同的地方就有不同的用意：在定义的时候表示「定义一个指针变量」，在其他的时候则用来「获取指针变量指向的变量的值」。

直接通过变量名来访问变量的值称之为直接访问，通过指针这样的形式访问称之为间接访问，因此取值运算符有时候也成为「间接运算符」。

比如：

//Example 01
//代码来源于网络，非个人原创
#include 
int main(void)
{
    char a = 'f';
    int f = 123;
    char* pa = &a;
    int* pf = &f;
    
    printf("a = %c\n", *pa);
    printf("f = %d\n", *pf);
    
    *pa = 'c';
    *pf += 1;
    
    printf("now, a = %c\n", *pa);
    printf("now, f = %d\n", *pf);
    
    printf("sizeof pa = %d\n", sizeof(pa));
    printf("sizeof pf = %d\n", sizeof(pf));
    
    printf("the addr of a is: %p\n", pa);
    printf("the addr of f is: %p\n", pf);
    
    return 0;
}

程序实现如下：

//Consequence 01
a = f
f = 123
now, a = c
now, f = 124
sizeof pa = 4
sizeof pf = 4
the addr of a is: 00EFF97F
the addr of f is: 00EFF970

避免访问未初始化的指针

void f()
{
    int* a;
    *a = 10;
}

像这样的代码是十分危险的。因为指针a到底指向哪里，我们不知道。就和访问未初始化的普通变量一样，会返回一个「随机值」。但是如果是在指针里面，那么就有可能覆盖到「其他的内存区域」，甚至可能是系统正在使用的「关键区域」，十分危险。不过这种情况，系统一般会驳回程序的运行，此时程序会被「中止」并「报错」。要是万一中奖的话，覆盖到一个合法的地址，那么接下来的赋值就会导致一些有用的数据被「莫名其妙地修改」，这样的bug是十分不好排查的，因此使用指针的时候一定要注意初始化。

指针和数组

有些读者可能会有些奇怪，指针和数组又有什么关系？这俩货明明八竿子打不着井水不犯河水。别着急，接着往下看，你的观点有可能会改变。

数组的地址

我们刚刚说了，指针实际上就是变量在「内存中的地址」，那么如果有细心的小伙伴就可能会想到，像数组这样的一大摞变量的集合，它的地址是啥呢？

我们知道，从标准输入流中读取一个值到变量中，用的是scanf函数，一般貌似在后面都要加上&，这个其实就是我们刚刚说的「取地址运算符」。如果你存储的位置是指针变量的话，那就不需要。

//Example 02
int main(void)
{
    int a;
    int* p = &a;
    
    printf("请输入一个整数：");
    scanf("%d", &a);//此处需要&
    printf("a = %d\n", a);
    
    printf("请再输入一个整数：");
    scanf("%d", p);//此处不需要&
    printf("a = %d\n", a);
    
    return 0;
}

程序运行如下：

//Consequence 02
请输入一个整数：1
a = 1
请再输入一个整数：2
a = 2

在普通变量读取的时候，程序需要知道这个变量在内存中的地址，因此需要&来取地址完成这个任务。而对于指针变量来说，本身就是「另外一个」普通变量的「地址信息」，因此直接给出指针的值就可以了。

试想一下，我们在使用scanf函数的时候，是不是也有不需要使用&的时候？就是在读取「字符串」的时候：

//Example 03
#include 
int main(void)
{
    char url[100];
    url[99] = '\0';
    printf("请输入TechZone的域名：");
    scanf("%s", url);//此处也不用&
    printf("你输入的域名是：%s\n", url);
    return 0;
}

程序执行如下：

//Consequence 03
请输入TechZone的域名：www.techzone.ltd
你输入的域名是：www.techzone.ltd

因此很好推理：数组名其实就是一个「地址信息」，实际上就是数组「第一个元素的地址」。咱们试试把第一个元素的地址和数组的地址做个对比就知道了：

//Example 03 V2
#include 
int main(void)
{
    char url[100];
    printf("请输入TechZone的域名：");
    url[99] = '\0';
    scanf("%s", url);
    printf("你输入的域名是：%s\n", url);

    printf("url的地址为：%p\n", url);
    printf("url[0]的地址为：%p\n", &url[0]);

    if (url == &url[0])
    {
        printf("两者一致！");
    }
    else
    {
        printf("两者不一致！");
    }
    return 0;
}

程序运行结果为：

//Comsequense 03 V2
请输入TechZone的域名：www.techzone.ltd
你输入的域名是：www.techzone.ltd
url的地址为：0063F804
url[0]的地址为：0063F804
两者一致！

这么看，应该是实锤了。那么数组后面的元素也就是依次往后放置，有兴趣的也可以自己写代码尝试把它们输出看看。

指向数组的指针

刚刚我们验证了数组的地址就是数组第一个元素的地址。那么指向数组的指针自然也就有两种定义的方法：

...
char* p;
//方法1
p = a;
//方法2
p = &a[0];

指针的运算

当指针指向数组元素的时候，可以对指针变量进行「加减」运算，+n表示指向p指针所指向的元素的「下n个元素」，-n表示指向p指针所指向的元素的「上n个元素」。并不是将地址加1。

如：

//Example 04
#include 
int main(void)
{
    int a[] = { 1,2,3,4,5 };
    int* p = a;
    printf("*p = %d, *(p+1) = %d, *(p+2) = %d\n", *p, *(p + 1), *(p + 2));
    printf("*p -> %p, *(p+1) -> %p, *(p+2) -> %p\n", p, p + 1, p + 2);
    return 0;
}

执行结果如下：

//Consequence 04
*p = 1, *(p+1) = 2, *(p+2) = 3
*p -> 00AFF838, *(p+1) -> 00AFF83C, *(p+2) -> 00AFF840

有的小伙伴可能会想，编译器是怎么知道访问下一个元素而不是地址直接加1呢？

其实就在我们定义指针变量的时候，就已经告诉编译器了。如果我们定义的是整型数组的指针，那么指针加1，实际上就是加上一个sizeof(int)的距离。相对于标准的下标访问，使用指针来间接访问数组元素的方法叫做指针法。

其实使用指针法来访问数组的元素，不一定需要定义一个指向数组的单独的指针变量，因为数组名自身就是指向数组「第一个元素」的指针，因此指针法可以直接作用于数组名：

...
printf("p -> %p, p+1 -> %p, p+2 -> %p\n", a, a+1, a+2);
printf("a = %d, a+1 = %d, a+2 = %d", *a, *(a+1), *(a+2));
...

执行结果如下：

p -> 00AFF838, p+1 -> 00AFF83C, p+2 -> 00AFF840
b = 1, b+1 = 2, b+2 = 3

现在你是不是感觉，数组和指针有点像了呢？不过笔者先提醒，数组和指针虽然非常像，但是绝对「不是」一种东西。

甚至你还可以直接用指针来定义字符串，然后用下标法来读取每一个元素：

//Example 05
//代码来源于网络
#include 
#include 
int main(void)
{
    char* str = "I love TechZone!";
    int i, length;
    
    length = strlen(str);
    
    for (i = 0; i