C语言之指针

转眼间出来工作已经几年了，岁月无情，决定也写写博客吧，记录下点东西，或许后面回头看看也挺有意思。

回想了下这些年，用的多的还是C语言。虽然有时代码文件后缀是.cpp、偶尔也写了个class，但是还是当成了struct来用的多。废话就到这吧。开始这次想说的主题。

说到C语言，那些说C语言难学的同学都会提到指针这个东西。“指针好难啊！” 。在这我也不评论到底难不难，这里我想就着指针这个点说下自己的认识。

1、指针的初认识

了解指针之前，我们先来认识下内存这个东西。简单的说，内存就是程序运行时代码和数据存放的地方。大部分情况下都是在ram里面，比如pc的内存条、stm32的iram等。我们的程序想要运行，就必须加载到内存里面。那么问题就来了，加载到内存后，我们怎么来获取我们想要的数据呢？我们来看个例子：

在一列高铁动车上，列车长需要找一个人A，这时列车长可以通过查询知道A的车票的座位号，假设是1车1A。他只要走到1车1A的位置就能找到A。如果需要找B，查看B的座位号（2车5F）就可以直接过去找到他。

我们的程序也是这样的，我需要某个数据X，查看X的地址，就可以到这个地址取到这个数据X。那么我们是怎么才能做到让程序到指定的地方取数据呢？这时指针就派上用场了。指针就相当于那张车票，上面记录着一个内存地址（座位号），当我们需要去这个内存地址操作数据时（去座位号上找人），通过指针指向的地址就可以操作这个数据（通过车票上的座位信息就能找到这个人）。

说得有点抽象，那么我们来看个程序的例子。

int main(int argc, char**argv)
{
	int num = 0x12345678;
	int *ptr = #//把num的地址赋值给指针ptr

	printf("ptr addr:0x%p\n", ptr); //打印
	printf("num =    0x%X\n", num); //打印num的值	
	printf("val =    0x%X\n\n", *ptr);//打印ptr指向地址的值

	*ptr = 0x11223344;//向ptr指向的地址赋值
	printf("val =    0x%X\n", *ptr);//打印ptr指向地址的值
	printf("num =    0x%X\n", num); //打印num的值	

	return 0;
}

程序一开始我们定义了一个int变量num（乘客），并赋值为0x12345678（注意是16进制的数）。然后定义一个int类型的指针ptr（车票），并且把num的地址赋值给ptr（把乘客的座位信息打印到车票上）。从printf(“ptr addr:0x%p\n”, ptr);打印的结果我们可以看到，ptr 的值是0x010FF8C4（乘客的座位是0x010FF8C4）.接下来我们用这个指针ptr去取数据，并且打印出来。printf(“val: 0x%X\n”, *ptr);得到的结果是0x12345678.和num的结果完全一致。我们再打开内存查看窗口（我用的是VS2015，在菜单“调试” - “窗口” - “内存” -“内存1”可以打开），输入地址0x010FF8C4，可以看到里面的数据是78 56 34 12.这个就是0x12345678在内存里面的存储形式（小端模式 -详情可以去百度下“大小端模式”）。

程序继续往下运行，我们给ptr指向的地址赋值0x11223344。然后打印出ptr指向的地址的值和num的值，结果发现，都同时为0x11223344。这时再在内存窗口里面看到0x010FF8C4地址里面存的值已经变成了44 33 22 11。

从以上结果可以看到：当我们用一个指针指向某个变量（某个地址）时，我们对这个指针指向的地址进行读写操作时，等同于直接操作这个变量。

2、指针与数组

说到数组，我们可能会想到这是一个连续的空间，他是用来放一些数据类型相同的地方。那么数组和指针又有什么关系呢？从上面我们已经知道，指针就是指向一个内存地址的变量。而数组，他是数据的一种类型，因此他也是存在内存里面的某个地方。既然数组也是存储在内存里面，那么指针就可以指向他。我们来看一个例子

程序运行到add函数前，可以看到nums第一个元素的地址是0x00CBFD6C，而0x00CBFD6C地址开始的数据就是我们初始化数组时的数据。

进入add函数后，变量ptr的值是0x00CBFD6C，和nums[0]的地址一致。可以看出，当数组当成参数传递给一个指针变量时，传递的是这个数组的第一个元素所在的地址，也就是传的就是个地址。这时候add函数里面的ptr参数操作的等同于直接操作nums数组。

这里有个有趣的问题，我们的数组是大小是10，那么我们去访问第11个元素会是什么样子？

我这里第11个输出输出的结果是0xCCCCCCCC，从内存空间里面也可以看到这个值。那为什么是这个值呢？这么做会有什么问题呢？这个我打算在后面再专门写一篇文章来谈这个问题。这个情况我们可以说是数组溢出了，数组越界了。我们访问到了一个我们事先没定义好的地方，他的值将是“未知的”。当我们的程序有数组越界时，是个致命的bug，它可能会导致你的程序运行到这里时会产生无法预估的结果，更严重的会导致程序崩溃无法继续运行。因此在编写代码时，时刻得小心自己的数组操作是否越界了。

3、指针与函数

一开始我们说到，内存里面存储的是程序的代码和数据。函数就是程序的一段代码，因此他肯定也是存储在内存里面的。既然是存储在内存里面，那么我们就可以用指针指向他。我们来看个例子：

我们定义了一个函数指针类型为typedef void(*MyFuncType)(int ptr);他是一个void返回，有一个int作为参数的函数。MyFuncType为我们定义类型名。（详情可以百度下typdef函数指针）
程序的一开始，我们打印出add函数和sub函数的地址，分别为00E0D20A、00E0D20F。
随后我们自己调用了一次add函数，可以看出i的值被加1了。接着我们将add函数的地址赋值给func变量。再次打印func的值，是00E0D20A，和add函数的地址完全一致。这时我们直接用func来调用add函数，得到的结果也是i被加1。最后我们将syb函数的地址赋值给func变量，打印出func的值，可以看到正是sub函数的地址00E0D20F。这时我们再次调用func，得到的i被减1的结果。

从以上结果可以看出，当我们用一个指针指向某个函数时，我们就可以通过这个指针去调用这个函数。

4、小结

指针是什么？指针就是一种指向内存地址的数据。程序运行时需要的数据和代码都存放在内存里面，因此，我们就可以通过指针来访问这些数据或者代码（函数）。

第一次写文章，给自己的感觉是件困难的事，想要把自己想表达的东西写出来，写得清楚，真的不容易。如果文章哪里有什么错误，欢迎指出。