带你重新认识指针(下)

真的猛士，敢于直面惨淡的人生，敢于正视淋漓的鲜血。这是怎样的哀痛者和幸福者？然而造化又常常为庸人设计，以时间的流驶，来洗涤旧迹，仅使留下淡红的血色和微漠的悲哀。在这淡红的血色和微漠的悲哀中，又给人暂得偷生，维持着这似人非人的世界。我不知道这样的世界何时是一个尽头！我们还在这样的世上活着；我也早觉得有写一点东西的必要了。 ——鲁迅

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 看完我上一篇指针的讲解之后很多同学反馈很不错，有网友给私信说之前在大学里面一直搞不懂指针的问题，说到指针都是云里雾里，老师讲的也是很难听懂 ，点击即可进入 指针(上)。也有很多网友表示非常期待指针下的文章，所以我就马不停蹄的继续写，下 主要讲解指针的特性以及指针安全问题。

指针的特性

指针和常量

 先说下什么是常量，常量就是不可变的量，一旦定义该常量，其值在整个程序生命周期都是不可变的，常量存放在虚拟地址空间的常量区。

 在C语言里面有两种定义常量的方法。

• 使用const关键字 ，const 定义的是变量不是常量，只是这个变量的值不允许改变是常变量，带有类型。编译运行的时候起作用存在类型检查。

• 使用#define预处理器， define 定义的是不带类型的常数，只进行简单的字符替换。在预编译的时候起作用，不存在类型检查。

 其实很多时候我们错误的以为常量就是const 修饰的变量，这个说法其实是有瑕疵的。

指针常量

 很多网友在学习指针和指针的特性等问题上总是会绕进去，其实不要绕进去最重要的一点是 要把握住核心本质。

 本质上是一个常量，指针用来说明常量的类型，表示该常量是一个指针类型的常量。在指针常量中，指针自身的值是一个常量，不可改变，始终指向同一个地址。在定义的同时必须初始化

int num = 5;
int *const p = #  // p为一个常量，拥有常量的属性。
*p = 70;
int snum = 100;
int *sp = &snum;
p = sp;

 聪明的你一定看出上面代码有个地方会报错，是的 p 被我们声明为一个指针常量，此时指针p具有了常量的属性，其不能在改变指向，但是其指向的值是可以改变的。所以报错的代码是p = sp这句。

常量指针

 常量指针本质上是一个指针，常量表示指针指向的内容，说明该指针指向一个“常量”。在常量指针中，指针指向的内容是不可改变的，指针看起来好像指向了一个常量。

int num = 5;
int const *p = #   //常量指针
const int *sp = #  //常量指针
*p = 20；
int snum = 100;
p = &snum;   //改变指向
sp = &snum;

 是不是又发现上面的代码有一处报错，你太聪明了，基本搞懂了常量和指针的本质。指针p和sp只是申明格式不同，本质完全一样。p被声明为一个指针，指向一个常量。换句话说就是一个常量的地址存放在指针p中。此时报错的就是*p = 20,因为常量是不可变的。

 到这里你基本掌握了常量和指针的关系，其实还是很简单的，也没大家在学校学的那么绕。接下来给大家在介绍一个进阶的关系。

常量指针常量

 本质上是一个常量，该常量被一个常量指针指向。也就是说一个常量指针里面放置一个常量的地址，千万不要多看一眼这句话，你会被绕进去。

const int num = 5;   //一个不可变的常量
const int * const p = #  //一个存放常量地址的常量指针

 千万不要绕进去了，其实认真理解了上面的指针常量和常量指针的问题，这个问题看起来会简单很多，就是一个常量，和一个常量指针。num是一个不可改变的常量，p只一个指针，该指针也是不可改变指向的。

 指针和常量这个问题在面试中会被问到，好好理解下，同时有助于你更好的理解指针。

指针和函数

函数指针

什么是函数指针

 如果在程序中定义了一个函数，那么在编译时系统就会为这个函数代码分配一段存储空间，这段存储空间的首地址称为这个函数的地址。而且函数名表示的就是这个地址。既然是地址我们就可以定义一个指针变量来存放，这个指针变量就叫作函数指针变量，简称函数指针。

 函数指针的定义和普通指针不太一样。函数返回值类型 (* 指针变量名) (函数参数列表);

bool(*p)(char, int); 

 还是很简单的，这就知道怎么定义一个函数指针变量了，当然也有很复杂的函数指针变量，面试的时候面试官可能会问一些变态的面试题，比如：

int (*(void (*)())0)();
void (*signal(int , void(*)(int)))(int

 不过还是那句话，要把握核心本质，函数指针的核心本质是：函数返回值类型 (* 指针变量名) (函数参数列表);

函数指针使用

 很多人会说，搞这么难干嘛，平时有使用么？哈哈，还真的经常用到，尤其是标准库中用的那叫一个多，比如sort中的比较函数就是一个函数指针。

指针作为函数参数

 用指针变量作函数参数可以将函数外部的地址传递到函数内部，使得在函数内部可以操作函数外部的数据，并且这些数据不会随着函数的结束而被销毁。

 这不得不使我想起一个经典案例，大学老师一定会讲的，而且当时也是很多同学一直半解的。

void swap(int a,int b){
  int tmp = a;
  a = b;
  b = tmp;
}
int main(){
  int x = 10;
  int x = 20;
  printf("swap before:%d,%d",x,y);
  swap(a,b);
  printf("swap after:%d,%d",x,y);
  return 0;
}

 是不是历历在目。。。

 这个简单的问题，要搞明白可以学到好几个知识点。第一个，函数栈问题；第二个，函数的参数传递是值传递还是地址传递；第三个，指针作为函数参数。不过我这里就不讲前面两个了，相信大家能来看指针问题说明前面基础知识都差不多了，要是你真的不会的话，你可以找龙叔我，我一定把你整明白，微信搜索公众号 龙跃十二 即可找到龙叔微信，同时有机会加入龙叔技术交流群，千万别错过喔。<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/006tNbRwly1gave8qqnvvg306f06pgmg.gif" style="zoom:25%;" />

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 交换两个数值问题，使用指针传递可以很轻松实现交换，原理如图。

void swap(int *pa,int *pb){
  int tmp = *pa;
  *pa = *pb;
  *pb = tmp;
}
int main(){
  int x = 10;
  int x = 20;
  printf("swap before:%d,%d",x,y);
  swap(&a,&b);
  printf("swap after:%d,%d",x,y);
  return 0;
}

 指针作为函数参数并不简单是这点用处，更大的用处在于传递复杂的结构体或者大容量的数组，减少数据拷贝产生的零时变量。举个例子

struct Person{
  string name;
  string addr;
  string number;
  int age;
  string hobby;
  ...
};
//方案一
int Fun(struct Person person){
  //TODO
}
//方案二
int Fun(struct Person *person){
  //TODO
}

 此时足以见得用指针的好处，可以减少零时变量的产生。有一个问题必须说一下 指针作为函数参数依然是值传递。

指针作为函数返回值

 函数的返回值是一个指针（地址），我们将这样的函数称为指针函数。举个例子

char *strlong(char *str1, char *str2){
    if(strlen(str1) >= strlen(str2)){
        return str1;
    }else{
        return str2;
    }
}

 用指针作为函数返回值时需要注意的一点是，函数运行结束后会销毁在它内部定义的所有局部数据，包括局部变量、局部数组和形式参数，函数返回的指针请尽量不要指向这些数据，C语言没有任何机制来保证这些数据会一直有效，它们在后续使用过程中可能会引发运行时错误。总结一句话 不要让返回的指针指向一个局部性的对象

指针和C语言的内存管理

 C语言的动态内存分配使用的是malloc系列函数，看下库函数的声明。

void	*malloc(size_t __size) __result_use_check __alloc_size(1);
void	*calloc(size_t __count, size_t __size) __result_use_check __alloc_size(1,2);

malloc系列函数返回值都是一个指针，而且是void*类型的，所以用malloc系列函数分配的内存必须用一个指针指向该内存，而且指针类型自己一定要强制转换。分配的内存是一个内存块，返回的是内存的首地址，指针存储的也是首地址。这一点内容较为简单，主要还是把握住指针的核心本质。

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指针安全问题

 说到这里指针的问题基本告一段落了，当然还有一个最重要的问题，那就是指针的安全问题。不可忽略，必须学懂，否则就不要把指针用在工程代码里面。<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/006tNbRwly1gavfkw5hlgj307806zdfv.jpg" style="zoom:25%;" />

数组越界访问

int main(){
	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	int *p = arr;
	printf("value:%d,%d,%d,%d\n",p[0],p[-2],p[16],p[100]);
}

 把数组转为指针访问的时候很容易出现这样的错误，但是你要是拿着数组下表访问，这段代码编译会报warning。这个错误也是天知道结果会是怎样，反正程序可以正常跑着，结果就是不多。

不要随便强转指针的类型

 先看段简单的代码

int main(){
  char c = 'a';
  int *p = (int *)&c;
  *p = 1314;
  printf("value:%d\n",*p);
}

 这段代码有多恐怖，我真的难以想象他的恐怖程度。

如果你在工程里面这样写了这样的代码，天知道会出现什么样的结果。p指针指向了一个不属于自己的空间地址，那片地址有可能是别的程序或者其他代码正在使用，你就这样改了别人的地址上的内容，天知道会出现什么。。。

重点来了 不要随便强制转换指针的数据类型，一定要清楚转类型之后会不会越界访问到其他内容。

迷途指针

int *p = (int *) malloc(sizeof(int));
*p = 100;
free(p);
*p = 200;

 从内存中删除一个对象或者返回时删除栈帧后，并不会改变相关的指针的值。该指针仍然指向原来的内存地址，即使引用已经删除，现在也可能已经被其它进程使用了。

解决迷途指针的方法就是，我们释放指针对应的内存之后切记一定要把指针置为NULL，置空之后对指针使用会造成 segmentation fault error ，程序会崩溃。

解引用空指针

int *p = (int *) malloc(sizeof(int)*1000);
*p = 100;
free(p);
p = NULL;

 这段代码看起来没啥问题，仔细看看也没啥问题。但是这段代码不知道会在线上崩溃到那一天，malloc返回的地址不是一定保证正确的，万一内存分配不出来或者分配失败了，你的程序瞬间就崩掉了。

总结

 指针有很多好处，同时也有很多坏处。怎样去平衡好处与坏处，我们一定要规范我们使用指针的姿势，防止因为我们使用姿势的问题导致线上崩溃。把握指针的本质，了解内存的原理，掌握这两个重要的点能减少你平时在工作中的很多错误。

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来源：oschina

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