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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
, T1 ^" O; c' a# p
int a,*iptr,*jptr,*kptr;
iptr = &a;
 jptr = iptr;
*jptr = 100;
kptr = NULL;
图解:
0 H! Y$ Z% }- X$ m9 m) o# x 1.jpg 0 t. y* ?) q$ i
1.1 己址和己空间
- U3 g& L9 q- c( x; J. }8 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。
) v, H2 Y2 J: r9 }% j1.2 己值、他址、他空间# a5 `) Z, W- B  \! z. o
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。
+ R" r* z! V# h9 ]+ e; X0 e' Z1.3 声明与初始化
( \) z# C2 u( O  Y. [1 \" O* g; K' L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:
6 [4 x* d: l. w; g" w1 i' M9 J
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
, N6 u5 x" D$ v) x2 k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。8 n$ x! w7 v3 ~2 D' z6 J
#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:
5 T; G; ~8 O# H3 S; j' A4 _ 2.jpg
' R. f6 P8 ~5 Y3 }' o 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:
/ K" k4 }2 W6 u  k1 T5 p& F' ?8 ` 3.jpg
9 T& \, `+ w0 I2 指针变量与数组名
9 V% I7 Q4 B& P; ~& r9 W# i" @3 U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' o2 Z* P; \; O; h4 x/ j1 Q
#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
) w7 I& \- x) p: k* v/ M& ^) Q3 主调函数与被调函数之间的指针传递- ~% x# [, Y  Z  q/ V% N5 `- ~! n
看以下代码:
* C8 j' T# o* C4 i) ?3 U
#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:
$ r/ H& a0 g/ J  `swap1传值:
- z9 k8 T/ V" P/ u$ Y 5.jpg 8 c6 s- e& j9 `( m
swap2传址(指针传递):* c' |7 d8 x( `" L4 D
6.jpg
( f& ^, O2 O& P! u+ \4 数组做函数参数5 }2 n$ B5 r* F1 Y9 Q3 L+ Q1 t
    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。' e( |4 ?0 d. O" @, N8 R) Y( Z
    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。
9 z8 [0 O: C! A' B
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:4 d6 E7 X0 x$ G) L6 b7 J6 U  p0 ?' @
7.jpg ; u2 x2 h; G* ?# \
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