【C语言指针从入门到精通：保姆级教程（1）】

关于指针的这篇博客我会把它拆分成5篇博客来细讲，请耐心看完。

1. 前言

在学习C语言的过程中，几乎所有的人都会遇到一个困难且无法避免的知识点，但同样它也是每一位学习C语言的人所需跨越的点——指针。

1.1 什么是指针？

在C语言中有一句最本质的话：指针，就是内存地址。
内存里的每一个字节，都有一个唯一的编号，这个编号就是地址。
而用来存放这个地址的变量，我们将它称为指针变量，简称指针。

可以用一个生活中的例子来解释上面的话：

• 内存就像是一家酒店。
• 每个房间都是一块内存空间。
• 门牌号就是内存地址。
• 记录门牌号的纸张就是指针。
  当每个房间都有了房间号，就可以快速的找到房间。

如果把上面的例子对照到计算机中，又是怎么样呢？
我们知道计算机上CPU（中央处理器）在处理数据的时候，需要的数据是在内存中读取的，处理后的数据也会放在内存中，那我们买电脑的时候，电脑上内存是8GB/16GB/32GB等，那这些内存空间如何高效的管理呢？
其实也是把内存划分为一个个的内存单元，每个内存单元的大小取一个字节。
一个比特位可以储存一个2进制位的1或0

bit-比特位1Byte=8bit Byte-字节1KB=1024Byte KB1MB=1024KB MB1GB=1024MB GB1TB=1024GB TB1PB=1024TB PB

其中，每个内存单元，相当于一个学生宿舍，一个字节空间里面能放8个bit位，就好比同学们住的8人间，每个人是一个比特位。

每个内存单元也都有一个编号（这个编号就相当于·宿舍房间的门牌号），有了这个内存单元的编号，CPU就可以快速找到一个内存空间。

生活中我们把门牌号也叫地址，在计算机中我们把内存单元的编号也称为地址。C语言中给地址起了新的名字叫：指针。

所以我们可以理解为：
内存单元的编号 == 地址 == 指针

1.2 为什么人们常说，指针是C语言的灵魂？

很多人都说指针是C语言的灵魂，这究竟是为什么呢？
核心原因在于：指针让C语言拥有了直接操作内存的能力，同时赋予了语言极高的灵活性、效率和底层控制力，这是C语言区别于很多高级语言的关键特性。
主要有以下几个好处：

• 运行效率高，传参、处理数据开销小
• 能实现动态内存分配，灵活管理空间
• 是链表、树等复杂数据结构的基础
• 可以做底层开发（系统、驱动）
• 让C语言语法更灵活、功能更强大

2. 指针变量和地址

2.1 取地址操作符（&）

理解了指针和地址的关系，我们再回到C语言，在C语言中创建变量其实就是向内存申请空间，比如：

#include<stdio.h>intmain(){inta=10;return0;}

比如，上述的代码就是创建了整型变量a，内存中申请4个字节，用于存放整数10，其中每个字节都有地址，上图中4个字节的地址分别是：

0x00F9FA80 0x00F9FA81 0x00F9FA82 0x00F9FA83

那我们如何取出a的地址呢？
这里就得学习一个操作符（&）-取地址操作符

#include<stdio.h>intmain(){inta=10;&a;//取出a的地址printf("%p\n",&a);return0;}

&a取出的是a所占4个字节中地址较小的地址。
虽然整形变量占4个字节，我们只要知道了第一个字节地址，顺藤摸瓜访问到4个字节的数据也是可行的。

2.2 指针变量和解引用操作符（*）

2.2.1 指针变量

那我们通过取地址操作符（&）拿到的地址是一个数值，比如0x006FFD60，这个数值有时候也是需要存储起来，方便后期再使用的，那我们把这样的地址值储存在哪里呢？答案是：指针变量中。
比如：

#include<stdio.h>intmain(){inta=10;int*p=&a;//取出a的地址并存储在指针变量p中return0;}

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。

2.2.2 如何拆解指针类型

我们看到p的类型是int*，我们该如何理解指针的类型呢？

inta=10;int*pa=&a;

这里的pa左边写的是int*，（*）是在说明pa是指针变量，而前面的int是说明pa指向的是整型（int）类型的对象

那如果有一个char类型的变量ch，ch的地址，要放在什么类型的指针变量呢？

charch='c';char*pc=&ch;

2.2.3 解引用操作符

我们将地址保存起来，未来是要使用的，那怎么使用呢？

在现实生活中，我们使用地址要找到一个房间，在房间里可以拿去或者存放物品。

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，这里我们必须学习一个操作符叫：解引用操作符（*）。

#include<stdio.h>intmain(){inta=10;int*pa=&a;printf("%d\n",*pa);*pa=100;printf("%d\n",*pa);return0;}

上面的代码就运用到了解引用操作符，*pa的意思就是通过pa存放的地址，找到指向的空间，*pa其实就是a变量了；所以*pa = 100这个操作其实就等价于a = 100。

有同学肯定在想，这里如果目的只是想让a变成100的话，写成a = 100不就完了吗？为什么非要使用指针呢？
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。

2.3 指针变量的大小

**在不同的机器中指针的大小是不同的。**比如：
在32位机器中，一个地址的大小是4个字节。但是在64位机器中，一个地址的大小是8个字节。

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，只要是指针类型的变量，在相同平台下，大小都是相同的。

3. 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。

3.1 指针的解引用

对比下面两段代码，主要在调试时观察内存的变化。

//代码1#include<stdio.h>intmain(){intn=0x11223344;int*pi=&n;*pi=0;return0;}

//代码2#include<stdio.h>intmain(){intn=0x11223344;char*pc=(char*)&n;*pc=0;return0;}

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。
结论：指针的类型决定了，对指针解引用的时候有多大的权限（一次能操作几个字节）。
比如：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4个字节。

3.2 指针±整数

先看一段代码，调试观察地址的变化。

#include<stdio.h>intmain(){intn=10;char*pc=(char*)&n;int*pi=&n;printf("&n = %p\n",&n);printf("pc = %p\n",pc);printf("pc+1 = %p\n",pc+1);printf("pi = %p\n",pi);printf("pi+1 = %p\n",pi+1);return0;}

代码运行的结果如下：

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。

结论：指针的类型决定了指针向前或者向后⾛⼀步有多⼤（距离）。

3.3 void* 指针

在指针类型中有一种特殊的类型是 void* 类型的指针变量，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±整数和解引用的运算。

举例：

#include<stdio.h>intmain(){inta=10;int*pa=&a;char*pc=&a;return0;}

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void*类型的指针接收地址：

#include<stdio.h>intmain(){inta=10;void*pa=&a;void*pc=&a;*pa=10;*pc=0;return0;}

VS编译代码的结果：

那么我们可以看到，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。

4. 指针运算

指针的基本运算有三种，分别是：

• 指针±整数
• 指针-指针
• 指针的运算关系

4.1 指针±整数

因为数组在内存中是连续存放的，只要知道第一个元素的地址，顺藤摸瓜就能找到后面的所有元素。

intarr[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9，10};

数组元素和下标

#include<stdio.h>intmain(){intarr[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int*p=&arr[0];inti=0;intsz=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);for(i=0;i<sz;i++){printf("%d ",*(p+i));}return0;}

4.2 指针-指针

指针-指针得出的结果会是什么呢？是之间的字节数吗？
不是，是两个指针之间相差的元素个数，而不是字节数。

#include<stdio.h>My_strlen(char*p){char*s=p;while(*s!='\0'){s++;}returns-p;}intmain(){printf("%d\n",My_strlen("abcdef"));return0;}