C指针基础知识

指针的声明

C语言声明格式:"类型变量名;"

基本类型:int hoge;
指针类型:int *pointer;

区别在于:

声明	含义
int hoge;	声明整数类型的变量 hoge
int *pointer;	声明 "指向int的指针"类型的变量 pointer

关于int *pointer; 其:


指针类型	指向int的指针
指针类型的变量	pointer
指针类型的值	内存的地址

C语言的数据类型参考:C 数据类型-菜鸟教程

代码示例 pointer.c

指针运算

对指针进行加 N 运算, 地址的值会增加当前指针所指向数据类型的长度 ✖ N

代码示例 pointer-calc.c

空指针

确保没有指向任何一个实际的对象或者函数的指针.通常使用宏定义NULL来表示空指针常量值.

代码示例 null_pointer.c

指针与数组

表达式中,数组可以解读成 "指向它的初始元素的指针".(有例外)

p[i] 是 *(p+i) 的简便写法.

代码示例 array.c array2.c

C的数组从0开始原因:

解决生活中"差1错误"问题
在支持指针的语言中，标号被视作是偏移量，因此从0开始更符合逻辑

当今的操作系统都会给应用程序的每一个进程分配独立的 "虚拟地址空间".

操作系统负责将物理内存分配给虚拟地址空间,同时还会对每一个内存区域设定"只读"或者"可读"属性.

代码示例 vmtest.c

变量储存地址

储存期	含义	寿命
静态变量	全局变量,文件内的static变量,指定static的局部变量都持有静态储存周期	从程序运行时开始,到程序关闭时结束
自动变量	没有指定static的局部变量持有自动储存期	到声明该变量的语句块执行结束为止
malloc()	变量通过malloc()分配的领域	到free()释放为止

代码示例 print_address.c

自动变量(栈)

自动变量重复使用内存区域,因此自动变量的地址不是一定的.

代码示例 auto.c

大部分CPU中已经嵌入栈的功能,C语言通常直接使用.

C语言中,通常将自动变量1保存在栈中.

assert(条件表达式):若表达式为真,assert()不执行任何动作,否则在标准错误 stderr 上显示错误消息，并中止程序执行.

动态内存分配

malloc():

声明: void *malloc(size_t size)
功能:分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针.
在标准C库中，提供了malloc/free函数分配释放内存，这两个函数底层是由brk，mmap，munmap这些系统调用实现的,但他们不是系统调用,是标准库函数.

可能调用 free() 后,对应的内存区域不会立即返还给操作系统,因为可能有2个指针(A与B)在引用当前区域的情况出现,使用指针A引用的区域后仓促调用 free() ,指针B引用的内存区域也不会立即破坏,暂时保留以前的值,直到某个地方执行 malloc() ,随着当前内存区域被重新分配,内容才开始被破坏.

代码示例 free.c

碎片化 : 内存被零零散散分割,出现较多无法利用的细碎空块.

使用 malloc() 的内存管理过程,可能引发碎片化

realloc()

声明: void *realloc(void *ptr, size_t size)
功能: 尝试重新调整之前调用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的内存块的大小,即扩展内存区域. 如果通过ptr传递的区域后面有足够大小的空闲空间,则直接实施内存区域扩展. 若没有足够多的区域,则分配其他新空间,然后将内容复制过去.
realloc同样可能引发碎片化,但相比malloc较为缓和,但要是用在扩展较大的内存区域,除了复制耗时,也会造成堆中大量的空间过分活跃,此时应该积极使用链表.
代码示例 realloc.c

布局内存对齐

根据硬件(CPU)的特征,对于不同数据类型的可配置地址受到一定的限制.

为了提高CPU的效率,编译器会适当地进行 边界调整(布局对齐) ,在结构体中插入合适的填充物(也就是再添加适当大小的储存空间). 但即便使用手工进行布局对其,也不能提高可移植性.

代码示例 alignment.c

字节序

字节序，即字节在电脑中存放时的序列与输入（输出）时的序列是先到的在前还是后到的在前.

字节排序分为大端字节序和小端字节序. 说明见代码

代码示例 byteorder.c
无论是整数还是浮点数,内存上的表现形式都随环境(CPU)的不同而不同.

C语言的声明

要用英语来解读 C 的声明.

首先着眼于标识符(变量名或者函数名).
从距离标识符最近的地方开始,依照优先顺序解释派生类型(指针.数组和函数).优先顺序说明:
1. 用于整理声明内容的括弧
2. 用于表示数组的 [],用于表示函数的 ()
3. 用于表示指针的 *
解释完派生类型,使用"of","to","returning" 等将他们连接起来.
最后,追加数据类型修饰符(在最左边,int double等).

C语言	英语表达	中文表达
int hoge;	hoge is int	hoge 是 int
int hoge[10];	hoge is array(元素个数10)of int	hoge 是 int 的数组(元素个数10)
int hoge[10][3];	hoge is array(元素个数10) of array(元素个数3)of int	hoge 是 int 数组(元素个数3)的数组(元素个数10)
int *hoge[10];	hoge is array(元素个数10) of pointer to int	hoge 是指向 int 的指针的数组(元素个数10)
int (*hoge)[3];	hoge is pointer to array(元素个数3) of int	hoge 是指向 int 的数组(元素个数3)的指针
int func(int a);	func is function(参数为int a) returning int	func 是返回 int 的函数(参数为int a)
int (*func_p)(int a);	func_p is pointer to function(参数为int a) returning int	func_p是指向返回 int 的函数(参数为int a)的指针

C语言的表达式

基本表达式:

标识符(变量名,函数名)
常量(包括整数常量和浮点数常量)
字符串常量(使用 " " 括起来的字符串)
使用 () 括起来的表达式

左值

作为变量,它有作为 "自身的值" 和作为 "自身内存区域" 两种情况, 例如 hoge = 10; 和 *hoge_p = &hoge; *hoge_p = 10; .像这样表达式代表某处的内存区域的时候,称当前的表达式为左值(lvalue); 相对的,当表达式代表值的时候,称当前表达式为右值 .

数组和指针相关的运算符

运算符	作用
`*`	单目运算符,称为解引用.将指针作为操作数,返回指针所指向的对象或者函数. 只要不是返回函数,运算符`*`的结果都是左值
`&`	单目运算符,称为地址运算符.将一个左值作为操作数,返回指向该左值的指针.对左值的类型加上一个指针,就是`&`运算符的返回类型
`->`	箭头运算符,通过指针访问结构体的成员的时候,用它引用某成员

const

const是在ANSI C中追加的修饰符,它将类型修饰为"只读"

可以定义const常量,但const不一定代表常量

假如有一个结构体:

struct Books{

	char *title;

	int price;

	char isbn[32];

};

void regist_book(struct Books const *book_data)

因为使用了const所以book_data所指向的对象是禁止改写的,但book_data->title所指向的内容是可以被改写的.

这种情况是因为由于const而成"只读"对象是 "book_data所指向的对象自身" ,而不包括 "book_data所指向的对象再向前追溯到的对象" 即结构体内的title所指向的对象.解决办法为char const *title

指针常量与指针变量

数组指针和指针数组

详见：数组指针与指针数组