弄懂这些指针基础知识，再遇C指针咱就不慌了

在后面的代码中就不能改变变量b的值了，b中的值永远是20。同样的，如果用const来修饰一个指针变量：

int a = 20;
int b = 20;
int * const p = &a;

内存模型如下：

这里的const用来修饰指针变量p，根据const的性质可以得出结论：p在定义为变量a的地址之后，就固定了，不能再被改变了，也就是说指针变量pa中就只能存储变量a的地址0x11223344。如果在后面的代码中写p = &b;，编译时就会报错，因为p是不可改变的，不能再被设置为变量b的地址。

但是，指针变量p所指向的那个变量a的值是可以改变的，即：*p = 21;这个语句是合法的，因为指针p的值没有改变(仍然是变量c的地址0x11223344)，改变的是变量c中存储的值。

与下面的代码区分一下：

int a = 20;
int b = 20;
const int *p = &a;
p = &b;

这里的const没有放在p的旁边，而是放在了类型int的旁边，这就说明const符号不是用来修饰p的，而是用来修饰p所指向的那个变量的。所以，如果我们写p = &b;把变量b的地址赋值给指针p，就是合法的，因为p的值可以被改变。

但是这个语句*p = 21就是非法了，因为定义语句中的const就限制了通过指针p获取的数据，不能被改变，只能被用来读取。这个性质常常被用在函数参数上，例如下面的代码，用来计算一块数据的CRC校验，这个函数只需要读取原始数据，不需要(也不可以)改变原始数据，因此就需要在形参指针上使用const修饰符：

short int getDataCRC(const char *pData, int len)
{
    short int crc = 0x0000;
    // 计算CRC
    return crc;
}

2. void型指针

关键字void并不是一个真正的数据类型，它体现的是一种抽象，指明不是任何一种类型，一般有2种使用场景：

1. 函数的返回值和形参;
2. 定义指针时不明确规定所指数据的类型，也就意味着可以指向任意类型。

指针变量也是一种变量，变量之间可以相互赋值，那么指针变量之间也可以相互赋值，例如：

int a = 20;
int b = a;
int *p1 = &a;
int *p2 = p1;

变量a赋值给变量b，指针p1赋值给指针p2，注意到它们的类型必须是相同的：a和b都是int型，p1和p2都是指向int型，所以可以相互赋值。那么如果数据类型不同呢？必须进行强制类型转换。例如：

int a = 20;
int *p1 = &a;
char *p2 = (char *)p1;

内存模型如下：

p1指针指向的是int型数据，现在想把它的值(0x11223344)赋值给p2，但是由于在定义p2指针时规定它指向的数据类型是char型，因此需要把指针p1进行强制类型转换，也就是把地址0x11223344处的数据按照char型数据来看待，然后才可以赋值给p2指针。

如果我们使用void *p2来定义p2指针，那么在赋值时就不需要进行强制类型转换了，例如：

int a = 20;
int *p1 = &a;
void *p2 = p1;

指针p2是void*型，意味着可以把任意类型的指针赋值给p2，但是不能反过来操作，也就是不能把void*型指针直接赋值给其他确定类型的指针，而必须要强制转换成被赋值指针所指向的数据类型，如下代码，必须把p2指针强制转换成int*型之后，再赋值给p3指针：

int a = 20;
int *p1 = &a;
void *p2 = p1;
int *p3 = (int *)p2;

我们来看一个系统函数：

void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t len);

第一个参数类型是void*，这正体现了系统对内存操作的真正意义：它并不关心用户传来的指针具体指向什么数据类型，只是把数据挨个存储到这个地址对应的空间中。

第二个参数同样如此，此外还添加了const修饰符，这样就说明了memcpy函数只会从src指针处读取数据，而不会修改数据。

3. 空指针和野指针

一个指针必须指向一个有意义的地址之后，才可以对指针进行操作。如果指针中存储的地址值是一个随机值，或者是一个已经失效的值，此时操作指针就非常危险了，一般把这样的指针称作野指针，C代码中很多指针相关的bug就来源于此。

3.1 空指针：不指向任何东西的指针

在定义一个指针变量之后，如果没有赋值，那么这个指针变量中存储的就是一个随机值，有可能指向内存中的任何一个地址空间，此时万万不可以对这个指针进行写操作，因为它有可能指向内存中的代码段区域、也可能指向内存中操作系统所在的区域。

一般会将一个指针变量赋值为NULL来表示一个空指针，而C语言中，NULL实质是 ((void*)0) ， 在C++中，NULL实质是0。在标准库头文件stdlib.h中，有如下定义：

#ifdef __cplusplus
     #define NULL    0
#else    
     #define NULL    ((void *)0)
#endif

3.2 野指针：地址已经失效的指针

我们都知道，函数中的局部变量存储在栈区，通过malloc申请的内存空间位于堆区，如下代码：

int *p = (int *)malloc(4);
*p = 20;

内存模型为：

在堆区申请了4个字节的空间，然后强制类型转换为int*型之后，赋值给指针变量p，然后通过*p设置这个地址中的值为14，这是合法的。如果在释放了p指针指向的空间之后，再使用*p来操作这段地址，那就是非常危险了，因为这个地址空间可能已经被操作系统分配给其他代码使用，如果对这个地址里的数据强行操作，程序立刻崩溃的话，将会是我们最大的幸运！

int *p = (int *)malloc(4);
*p = 20;
free(p);
// 在free之后就不可以再操作p指针中的数据了。
p = NULL;  // 最好加上这一句。

四、指向不同数据类型的指针

1. 数值型指针

通过上面的介绍，指向数值型变量的指针已经很明白了，需要注意的就是指针所指向的数据类型。

2. 字符串指针

字符串在内存中的表示有2种：

1. 用一个数组来表示，例如：char name1[8] = "zhangsan";
2. 用一个char *指针来表示，例如：char *name2 = "zhangsan";

name1在内存中占据8个字节，其中存储了8个字符的ASCII码值；name2在内存中占据9个字节，因为除了存储8个字符的ASCII码值，在最后一个字符'n'的后面还额外存储了一个'\0'，用来标识字符串结束。

对于字符串来说，使用指针来操作是非常方便的，例如：变量字符串name2:

char *name2 = "zhangsan";
char *p = name2;
while (*p != '\0')
{
    printf("%c ", *p);
    p = p + 1;
}

在while的判断条件中，检查p指针指向的字符是否为结束符'\0'。在循环体重，打印出当前指向的字符之后，对指针比那里进行自增操作，因为指针p所指向的数据类型是char，每个char在内存中占据一个字节，因此指针p在自增1之后，就指向下一个存储空间。

也可以把循环体中的2条语句写成1条语句：

printf("%c ", *p++);

假如一个指针指向的数据类型为int型，那么执行p = p + 1;之后，指针p中存储的地址值将会增加4，因为一个int型数据在内存中占据4个字节的空间，如下所示：

思考一个问题：void*型指针能够递增吗？如下测试代码：

int a[3] = {1, 2, 3};
void *p = a;
printf("1: p = 0x%x \n", p);
p = p + 1;
printf("2: p = 0x%x \n", p);

打印结果如下：

1: p = 0x733748c0 
2: p = 0x733748c1

说明void*型指针在自增时，是按照一个字节的跨度来计算的。

3. 指针数组与数组指针

这2个说法经常会混淆，至少我是如此，先看下这2条语句：

int *p1[3];   // 指针数组
int (*p2)[3]; // 数组指针

3.1 指针数组

第1条语句中：中括号[]的优先级高，因此与p1先结合，表示一个数组，这个数组中有3个元素，这3个元素都是指针，它们指向的是int型数据。可以这样来理解：如果有这个定义char p[3]，很容易理解这是一个有3个char型元素的数组，那么把char换成int*，意味着数组里的元素类型是int*型(指向int型数据的指针)。内存模型如下(注意：三个指针指向的地址并不一定是连续的)：

如果向指针数组中的元素赋值，需要逐个把变量的地址赋值给指针元素：

int a = 1, b = 2, c = 3;
char *p1[3];
p1[0] = &a;
p1[1] = &b;
p1[2] = &c;

3.2 数组指针

第2条语句中：小括号让p2与*结合，表示p2是一个指针，这个指针指向了一个数组，数组中有3个元素，每一个元素的类型是int型。可以这样来理解：如果有这个定义int p[3]，很容易理解这是一个有3个char型元素的数组，那么把数组名p换成是*p2，也就是p2是一个指针，指向了这个数组。内存模型如下(注意：指针指向的地址是一个数组，其中的3个元素是连续放在内存中的)：

在前面我们说到取地址操作符&，用来获得一个变量的地址。凡事都有特殊情况，对于获取地址来说，下面几种情况不需要使用&操作符：

1. 字符串字面量作为右值时，就代表这个字符串在内存中的首地址；
2. 数组名就代表这个数组的地址，也等于这个数组的第一个元素的地址;
3. 函数名就代表这个函数的地址。

因此，对于一下代码，三个printf语句的打印结果是相同的：

int a[3] = {1, 2, 3};
int (*p2)[3] = a;
printf("0x%x \n", a);
printf("0x%x \n", &a);
printf("0x%x \n", p2);

思考一下，如果对这里的p2指针执行p2 = p2 + 1;操作，p2中的值将会增加多少？

答案是12个字节。因为p2指向的是一个数组，这个数组中包含3个元素，每个元素占据4个字节，那么这个数组在内存中一共占据12个字节，因此p2在加1之后，就跳过12个字节。

4. 二维数组和指针

一维数组在内存中是连续分布的多个内存单元组成的，而二维数组在内存中也是连续分布的多个内存单元组成的，从内存角度来看，一维数组和二维数组没有本质差别。

和一维数组类似，二维数组的数组名表示二维数组的第一维数组中首元素的首地址，用代码来说明：

int a[3][3] = {{1,2,3}, {4,5,6}, {7,8,9}}; // 二维数组
int (*p0)[3] = NULL;   // p0是一个指针，指向一个数组
int (*p1)[3] = NULL;   // p1是一个指针，指向一个数组
int (*p2)[3] = NULL;   // p2是一个指针，指向一个数组
p0 = a[0];
p1 = a[1];
p2 = a[2];
printf("0: %d %d %d \n", *(*p0 + 0), *(*p0 + 1), *(*p0 + 2));
printf("1: %d %d %d \n", *(*p1 + 0), *(*p1 + 1), *(*p1 + 2));
printf("2: %d %d %d \n", *(*p2 + 0), *(*p2 + 1), *(*p2 + 2));

打印结果是：

0: 1 2 3 
1: 4 5 6 
2: 7 8 9

我们拿第一个printf语句来分析：p0是一个指针，指向一个数组，数组中包含3个元素，每个元素在内存中占据4个字节。现在我们想获取这个数组中的数据，如果直接对p0执行加1操作，那么p0将会跨过12个字节(就等于p1中的值了)，因此需要使用解引用操作符*，把p0转为指向int型的指针，然后再执行加1操作，就可以得到数组中的int型数据了。

5. 结构体指针

C语言中的基本数据类型是预定义的，结构体是用户定义的，在指针的使用上可以进行类比，唯一有区别的就是在结构体指针中，需要使用->箭头操作符来获取结构体中的成员变量，例如：

typedef struct 
{
    int age;
    char name[8];
} Student;

Student s;
s.age = 20;
strcpy(s.name, "lisi");
Student *p = &s;
printf("age = %d, name = %s \n", p->age, p->name);

看起来似乎没有什么技术含量，如果是结构体数组呢？例如：

Student s[3];
Student *p = &s;
printf("size of Student = %d \n", sizeof(Student));
printf("1: 0x%x, 0x%x \n", s, p);
p++;
printf("2: 0x%x \n", p);

打印结果是：

size of Student = 12 
1: 0x4c02ac00, 0x4c02ac00 
2: 0x4c02ac0c

在执行p++操作后，p需要跨过的空间是一个结构体变量在内存中占据的大小(12个字节)，所以此时p就指向了数组中第2个元素的首地址，内存模型如下：

6. 函数指针

每一个函数在经过编译之后，都变成一个包含多条指令的集合，在程序被加载到内存之后，这个指令集合被放在代码区，我们在程序中使用函数名就代表了这个指令集合的开始地址。

函数指针，本质上仍然是一个指针，只不过这个指针变量中存储的是一个函数的地址。函数最重要特性是什么？可以被调用！因此，当定义了一个函数指针并把一个函数地址赋值给这个指针时，就可以通过这个函数指针来调用函数。

如下示例代码：

int add(int x,int y)
{
    return x+y;
}

int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    int (*p)(int, int);
    p = add;
    printf("%d + %d = %d\n", a, b, p(a, b));
}

前文已经说过，函数的名字就代表函数的地址，所以函数名add就代表了这个加法函数在内存中的地址。int (*p)(int, int);这条语句就是用来定义一个函数指针，它指向一个函数，这个函数必须符合下面这2点(学名叫：函数签名)：

1. 有2个int型的参数;
2. 有一个int型的返回值。

代码中的add函数正好满足这个要求，因此，可以把add赋值给函数指针p，此时p就指向了内存中这个函数存储的地址，后面就可以用函数指针p来调用这个函数了。

在示例代码中，函数指针p是直接定义的，那如果想定义2个函数指针，难道需要像下面这样定义吗？

int (*p)(int, int);
int (*p2)(int, int);

typedef int (*pFunc)(int, int);

int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }
int mul(int a, int b) { return a * b; }
int divide(int a, int b) { return a / b; }

int main()
{
    int a = 4, b = 2;
    int (*p[4])(int, int);
    p[0] = add;
    p[1] = sub;
    p[2] = mul;
    p[3] = divide;
    printf("%d + %d = %d \n", a, b, p[0](a, b));
    printf("%d - %d = %d \n", a, b, p[1](a, b));
    printf("%d * %d = %d \n", a, b, p[2](a, b));
    printf("%d / %d = %d \n", a, b, p[3](a, b));
}