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一、内存和地址
在学习指针之前，我们要先了解内存和地址的相关知识，因为这些之间都是有联系的。在这里先补充一些计算机中的常见单位：以防之后的一些内容有老铁不理解。
一个比特位可以存储一个2进制位的1或者0
bit - 比特位
Byte - 字节
KB
GB
TB
PB
1Byte = 8bit
1KB = 1024Byte
1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1TB = 1024GB
1PB = 1024TB
1. 内存
在我们买电脑的时候，都说8GB/16GB/32GB等，这些就是电脑的内存。我们都知道内存是用来存储数据的，在计算机的CPU（中央处理器）在处理数据的时候，需要的是数据时在内存中读取的，并且处理后的数据的数据也会放回内存中。那你知道计算机时怎样高效的管理内存的吗？
其实并没有多复杂，就像学校里的宿舍楼一样。内存被划分为一个个内存单元，每个内存单元的大小为1个字节，这就如同我们的宿舍楼被分为一个个宿舍一样。
2. 地址
在我们了解了内存的相关内容后，我们现在再来看看地址是什么，以及有什么作用。上了大学后，我相关大家都知道宿管阿姨查寝吧。如果有谁在时间节点上没回来，阿姨就会精确到你的床位将你记下来。比如说“602，C1”这样之类的。这里的“602”就是门牌号嘛，用来对房间进行编号的。那我们电脑的CPU怎样快速的找到它想要的内存空间呢？就是通过地址的。在内存中，每一个内存单元都有一个编号，也就是地址。然后在C语言中我们可以将地址存储在指针变量里面，也就是指针，这么说的话内存单元的编号=地址=指针。
3. 如何理解编址
我们现在大概明白了数据在内存中是怎么存储的，以及计算机是通过地址来进行内存中数据的访问的。那么我们该如何理解编址呢？
首先，我们可以明白CPU访问内存中的某个或者某些字节空间时，必须通过地址来找到这个空间所在的位置。
在计算机中，编址时通过硬件设计完成的。
钢琴、吉他 上面没有写上“剁、来、咪、发、唆、拉、西”这样的信息，但演奏者照样能够准确找到每⼀个琴弦的每⼀个位置，这是为何？因为制造商已经在乐器硬件层面上设计好了，并且所有的演奏者都知道。本质是⼀种约定出来的共识！
我们知道计算机中有许多的硬件单元，那么这些硬件单元要互相协同工作的话，至少互相之间能够进行数据传递。既然要传递信息那肯定就需要要用“线”连起来。
而CPU和内存之间也是有大量的数据交互的，所以，两者必须也用线连起来。
但这里我们是研究地址，研究指针的，所以这里我们只关心一组线，叫做地址总线。
我们可以简单理解，32位机器有32根地址总线，每根线只有两态，表示0,1【电脉冲有无】，那么一根线，就能表示2种含义，2根线就能表示4种含义，依次类推。32根地址线，就能表示2^32种含义，每⼀种含义都代表⼀个地址。地址信息被下达给内存，在内存上，就可以找到该地址对应的数据，将数据在通过数据总线传入CPU内寄存器。
二、指针变量和地址
通过前面的内容，理解了内存和地址的关系，我们再回到C语言中。
1. 取地址操作符（&）
在C语言中创建变量就是向内存申请空间，比如：
这段代码，创建了一个整型类型的变量a，需要四个字节的内存空间，可以看可知，每个字节都有一个地址。
那我们这里如果想要拿出a的地址，需要怎么做呢？
这里就得学习一个操作符（&）——取地址操作符
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
printf("%p\n", &a);//取出a的地址
return 0;
}
有些人可能就会感到疑惑了，&a只能取出一个地址，但a是整型类型的有四个字节，也就有四个地址，那么这个&a得到的是哪个地址呢？我有怎么通过这一个地址得到整个a呢。
其实，&a得到的是地址最低的那个，也就是地址最小的那个地址，可以说是首字节的地址，然后由于在创建变量时的这四个字节在内存中是连续存放的，因此地址也就是4个连续的地址。那么就可以通过第一个地址，顺腾摸瓜访问到4个字节的数据内容了。
2. 指针变量和解引用操作符（*）
2.1 指针变量
既然我们可以通过取地址操作符（&）拿出地址，但这样如果在后面还需要使用的时候，又要手动用&取出地址。那么有没有什么办法可以把地址储存起来呢？和之前学习整型变量，浮点型变量等等一样，它们是用来存储整型，浮点型数据的。而这里用到的就是指针变量，是用来存储指针类型数据的，也就是用来存放地址的。
示例代码如下：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
int* pa = &a;//取出a的地址，并存储到指针变量pa中
return 0;
}
指针变量也是⼀种变量，这种变量就是⽤来存放地址的，存放在指针变量中的值都会理解为地址。
2.2 如何理解指针类型
当我们看到pa的类型为int*，我们该如何理解这个指针类型呢？
下面将对类型进行分析：
这里pa左边写的是int*，*是在说明pa是指针变量，而前面的int是在说明pa指向的是整型(int)类型的对象。
如果是一个char类型的变量ch，ch的地址要放在什么类型的指针变量中呢？
答案如下：
char ch = 'w';
char* pc = &ch;
2.3 解引用操作符
现在既然我们可以将一个变量的地址通过指针保存起来，那么我们是否可以通过指针变量存储的地址找回这个变量，并使用这个变量中存储的数据呢？
C语言中其实也是⼀样的，我们只要拿到了地址（指针），就可以通过地址（指针）找到地址（指针）指向的对象，这里必须学习⼀个操作符叫解引用操作符(*)。
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 100;
int* pa = &a;
*pa = 0;
return 0;
}
上面代码中第6行就使用了解引用操作符， *pa 的意思就是通过pa中存放的地址，找到指向的空间，*pa其实就是a变量了；所以*pa = 0，这个操作符是把a改成了0。
有同学肯定在想，这里如果目的就是把a改成0的话，写成 a = 0; 不就完了，为啥非要使用指针呢？
其实这里是把a的修改交给了pa来操作，这样对a的修改，就多了⼀种的途径，写代码就会更加灵活，后期慢慢就能理解了。
3. 指针变量的大小
前面的内容我们了解到，32位机器假设有32根地址总线，每根地址线出来的电信号转换成数字信号后是1或者0，那我们把32根地址线产⽣的2进制序列当做⼀个地址，那么⼀个地址就是32个bit位，需要4个字节才能存储。
如果指针变量是用来存放地址的，那么指针变的大小就得是4个字节的空间才可以。
同理64位机器，假设有64根地址线，⼀个地址就是64个二进制位组成的二进制序列，存储起来就需要8个字节的空间，指针变量的大小就是8个字节。
#include <stdio.h>
//指针变量的⼤⼩取决于地址的⼤⼩
//32位平台下地址是32个bit位（即4个字节）
//64位平台下地址是64个bit位（即8个字节）
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(char *));
printf("%zd\n", sizeof(short *));
printf("%zd\n", sizeof(int *));
printf("%zd\n", sizeof(double *));
return 0;
}
X86环境输出结果
X64环境输出结果
结论：
32位平台下地址是32个bit位，指针变量大小是4个字节
64位平台下地址是64个bit位，指针变量大小是8个字节
注意指针变量的大小和类型是无关的，只要指针类型的变量，在相同的平台下，大小都是相同的。
三、指针变量类型的意义
指针变量的大小和类型无关，只要是指针变量，在同⼀个平台下，大小都是⼀样的，为什么还要有各种各样的指针类型呢？
其实指针类型是有特殊意义的，我们接下来继续学习。
1. 指针的解引用
指针的类型决定了，对指针解引用的时候有大的权限（一次能操作几个字节）。
对比下面2段代码，然后调试观察内存的变化：
//代码1
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0x11223344;
int* pi = &n;
*pi = 0;
return 0;
}
代码1的调试结果如下：
//代码2
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0x11223344;
char* pc = (char*)&n;
*pc = 0;
return 0;
}
代码2的调试结果如下：
调试我们可以看到，代码1会将n的4个字节全部改为0，但是代码2只是将n的第⼀个字节改为0。
所以说，char* 的指针解引用就只能访问⼀个字节，而int*的指针的解引用就能访问四个字节。
2. 指针加减整数
指针的类型决定了指针向前或者向后走一步有多大（距离）
观察下面代码运行后的地址变化。
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 10;
char *pc = (char*)&n;
int *pi = &n;
printf("%p\n", &n);
printf("%p\n", pc);
printf("%p\n", pc+1);
printf("%p\n", pi);
printf("%p\n", pi+1);
return 0;
}
运行结果如下：
我们可以看出，char*类型的指针变量+1跳过1个字节，int*类型的指针变量+1跳过了4个字节。
这就是指针变量的类型差异带来的变化。指针+1，其实跳过1个指针指向的元素。指针可以+1，那也可以-1。
3. void* 指针
在指针类型中有⼀种特殊的类型是 void*类型的，可以理解为无具体类型的指针（或者叫泛型指针），这种类型的指针可以用来接受任意类型地址。但是也有局限性， void* 类型的指针不能直接进行指针的±整数和解引用的运算。
举例：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
int* pa = &a;
char* pc = &a;
return 0;
}
在上面的代码中，将⼀个int类型的变量的地址赋值给⼀个char*类型的指针变量。编译器给出了⼀个警告（如下图），是因为类型不兼容。而使用void*类型就不会有这样的问题。
使用coid*类型的指针接收地址：
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
void* pa = &a;
void* pc = &a;
*pa = 10;
*pc = 0;
return 0;
}
VS编译代码的结果如下：
这里我们可以看到，void*类型的指针可以接收不同类型的地址，但是无法直接进行指针运算。
那么 void*类型的指针到底有什么用呢？
⼀般 void*类型的指针是使用在函数参数的部分，用来接收不同类型数据的地址，这样的设计可以实现泛型编程的效果。使得⼀个函数来处理多种类型的数据，在后面的“C语言之指针详解”中我会讲解。
四、const 修饰
1. const修饰变量
我们都知道常量是不可以修改的，而变量在正常情况下是可以修改的。但是如果我们希望对一个变量加以限制，使得它不能被修改，怎么做呢？这就要用到const了。
#include <stdio.h>
int main()
{
int m = 0;
const int n = 0;
m = 20;//m是可以修改的
n = 20;//n是不可以被修改的
return 0;
}
上述代码中n是不能被修改的，虽然这样看上去n像是一个常量，但其实n本质还是变量，只不过被const修饰后，在语法上加了限制，只要我们在代码中对n就行修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改n。
但是如果我们绕过n，使用n的地址，去修改n就能做到了，虽然这样做是在打破语法规则。
#include <stdio.h>
int main()
{
const int n = 0;
printf("n = %d\n", n);
int* p = &n;
*p = 20;
printf("n = %d\n", n);
return 0;
}
输出结果如下：
我们可以看到这里一个确实修改了，但是我们还是要思考一下，为什么n要被const修饰呢？就是为了不能被修改，如果p拿到n的地址就能修改n，这样就打破了const的限制，这是不合理的，所以应该让p拿到n的地址也不能修改n，那接下来怎么做呢？
我们可以大胆的猜测一下，给指针p也加上const修饰，是不是就可以了呢？请看下面的讲解。
2. const修饰指针变量
一般来讲const修饰指针变量，可以放在*的左边，也可以放在*的右边，意义是不一样的。
int const* p;//const放在*的左边做修饰
int* const p;//const放在*的右边做修饰
下面我们通过具体代码，具体分析：
#include <stdio.h>
//代码1-测试无const修饰的情况
void test1()
{
int n = 10;
int m = 20;
int *p = &n;
*p = 20;//ok?
p = &m; //ok?
}
//代码2-测试const放在*左边的情况
void test2()
{
int n = 10;
int m = 20;
const int* p = &n;
*p = 20;//ok?
p = &m; //ok?
}
//代码3-测试const放在*右边的情况
void test3()
{
int n = 10;
int m = 20;
int * const p = &n;
*p = 20; //ok?
p = &m; //ok?
}
//代码4-测试*左右两边都有const的情况
void test4()
{
int n = 10;
int m = 20;
int const * const p = &n;
*p = 20; //ok?
p = &m; //ok?
}
int main()
{
//测试无const修饰的情况
test1();
//测试const放在*左边的情况
test2();
//测试const放在*右边的情况
test3();
//测试*左右两边都有const的情况
test4();
return 0;
}
结论：const修饰指针变量的时候
- const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变。但是指针变量本⾝的内容可变。
- const如果放在*的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指向的内容，可以通过指针改变。
- const如果放在*左右两边都有的情况时，则以上两个方面都会体现。
五、指针运算
指针的基本运算有三种，分别是：
- 指针加减整数
- 指针减指针
- 指针的关系运算
1. 指针加减整数
因为数组在内存中是连续存放的，所以只要知道第一个元素的地址，就可以知道后面的所有元素。
int arr[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
代码示例，这里就是通过指针加减整数来访问数组中的每个元素：
#include <stdio.h>
//指针+-整数
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int *p = &arr[0];
int i = 0;
int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
for(i=0; i<sz; i++)
{
printf("%d ", *(p+i));//p+i 这里就是指针+-整数
}
return 0;
}
2. 指针-指针
指针减去指针计算的是指针之间的元素个数，因此两个指针属于同一块空间时这样减才有意义，如果是不同空间的两个指针相减你也不知道算的是什么
//指针-指针
#include <stdio.h>
int my_strlen(char *s)
{
char *p = s;
while(*p != '\0' )
p++;
return p-s;
}
int main()
{
printf("%d\n", my_strlen("abc"));
return 0;
}
3. 指针的关系运算
指针的关系运算和之前整数的关系运算一样，因为指针也是有大小的，低地址的指针比高地址的指针小
//指针的关系运算
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int *p = &arr[0];
int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
while(p<arr+sz) //指针的大小比较
{
printf("%d ", *p);
p++;
}
return 0;
}
六、野指针
概念：野指针就是指针指向的位置是不可知的（随机的、不正确的、没有明确限制的）
1. 野指针的成因
（1）指针未初始化
#include <stdio.h>
int main()
{
int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值
*p = 20;
return 0;
}
（2）指针越界访问
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = {0};
int *p = &arr[0];
int i = 0;
for(i=0; i<=11; i++)
{
当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针了
*(p++) = i;
}
return 0;
}
（3）指针指向的空间被释放了
#include <stdio.h>
int* test()
{
int n = 100;
return &n;
}
int main()
{
int*p = test();
printf("%d\n", *p);
return 0;
}
2. 如何规避野指针
既然有以上三种产生野指针的原因，那么相应的也就有一些规避野指针的方法
2.1 指针初始化
如果明确知道指针指向哪里就直接赋值地址，如果不知道指针应该指向哪里，可以给指针赋值NULL。
NULL是C语言中定义的⼀个标识符常量，值是0，0也是地址，这个地址是无法使用的，读写该地址会报错。
初始化如下：
#include <stdio.h>
int main()
{
int num = 10;
int*p1 = #
int*p2 = NULL;
return 0;
}
2.2 小心指针越界
⼀个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是越界访问。
2.3 指针不再使用时，及时置为NULL，指针使用之前检查有效性
当指针变量指向⼀块区域的时候，我们可以通过指针访问该区域，后期不再使用这个指针访问空间的时候，我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的⼀个规则就是：只要是NULL指针就不去访问，同时使用指针之前可以判断指针是否为NULL。
我们可以把野指针想象成野狗，野狗放任不管是非常危险的，所以我们可以找⼀棵树把野狗拴起来，就相对安全了，给指针变量及时赋值为NULL，其实就类似把野狗栓起来，就是把野指针暂时管理起来。
不过野狗即使拴起来我们也要绕着走，不能去挑逗野狗，有点危险；对于指针也是，在使用之前，我们也要判断是否为NULL，看看是不是被拴起来起来的野狗，如果是则不能直接使用，如果不是则我们再去使用。
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int *p = &arr[0];
int i = 0;
for(i=0; i<10; i++)
{
*(p++) = i;
}
//此时p已经越界了，可以把p置为NULL
p = NULL;
//下次使用的时候，判断p不为NULL的时候再去使用
//...
p = &arr[0];//重新让p获得地址
if(p != NULL) //判断
{
//...
}
return 0;
}
2.4 避免返回局部变量的地址
如造成野指针的第三种情况时，不要返回局部变量的地址。
七、assert断言
在C语言中，头文件assert.h定义了宏assert()，用于在运行时确保程序符合指定条件，如果不符合，就会报错终止运行。这个宏常常被称为“断言”。
assert(p != NULL);
上面代码在程序运行到这一行语句时，验证变量 p 是否等于 NULL 。如果确实不等于 NULL ，程序继续运行，否则就会终止运行，并且给出报错信息提示。
assert()宏接受一个表达式作为参数。如果该表达式为真（返回值非零），assert()不会产生任何作用，程序继续运行。如果该表达式为假（返回值为零），assert()就会报错，在标准错误流stderr中写入一条错误信息，显示没有通过的表达式，以及包含这个表达式的文件名和行号。
assert() 的使用对程序员是非常友好的，使用 assert() 有几个好处：它不仅能自动标识文件和出问题的⾏号，还有一种无需更改代码就能开启或关闭 assert() 的机制。如果已经确认程序没有问题，不需要再做断言，就在 #include <assert.h> 语句的前面，定义一个宏 NDEBUG 。
#define NDEBUG
#include <assert.h>
然后，重新编译程序，编译器就会禁用文件中所有的 assert() 语句。如果程序又出现问题，可以移除这条 #define NDEBUG 指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启用了 assert() 语句。
assert() 的缺点是，因为引入了额外的检查，增加了程序的运行时间。
⼀般我们可以在 Debug 中使用，在 Release 版本中选择禁用 assert 就行，在 VS 这样的集成开发环境中，在 Release 版本中，直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在 Release 版本不影响用户使用时程序的效率。
八、指针的使用和传址调用
学习指针那么肯定就是在有些场景下，非指针不可或者说指针效果更好，那么是什么情况下呢？
例如：我想要写一个函数，用来交换两个整型变量的值
一番思考后，我们可能会写出下面的代码：
#include <stdio.h>
void Swap1(int x, int y)
{
int tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);
Swap1(a, b);
printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
return 0;
}
当我们运行代码时，结果如下：
可以发现，没有达到交换的效果。这是为什么？
其实是这样的，形参是实参的一份临时拷贝，这里面的x与y创建了另一份空间，而不是原来a和b的空间，a和b只是把值传给了a与y。这样交换了x与y的值，并不会影响到a和b。
这种将变量本身传给函数的方式，就叫传值调用。
那怎么办呢？
我们现在要解决的就是当调用Swap函数的时候，Swap函数内部操作的就是main函数中的a和b，直接将a和b的值交换了。那么就可以使用指针了，在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数，Swap函数里边通过地址间接的操作main函数中的a和b，并达到交换的效果就好了。
#include <stdio.h>
void Swap2(int* px, int* py)
{
int tmp = 0;
tmp = *px;
*px = *py;
*py = tmp;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);
Swap2(&a, &b);
printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);
return 0;
}
代码运行结果如下：
我们可以看到实现成Swap2的方式，顺利完成了任务，这里调用Swap2函数的时候是将变量的地址传递给了函数，这种函数调用方式叫：传址调用。
传址调用，可以让函数和主调函数之间建立真正的联系，在函数内部可以修改主调函数中的变量；所以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算，就可以采用传值调用。如果函数内部要修改主调函数中的变量的值，就需要传址调用。
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