C语言指针、地址和数组函数堆空间的关系是什么

这篇“C语言指针、地址和数组函数堆空间的关系是什么”文章的知识点大部分人都不太理解，所以小编给大家总结了以下内容，内容详细，步骤清晰，具有一定的借鉴价值，希望大家阅读完这篇文章能有所收获，下面我们一起来看看这篇“C语言指针、地址和数组函数堆空间的关系是什么”文章吧。

一、一种特殊的变量-指针

指针是C语言中的变量

1. 因为是变量，所以用于保存具体值

2. 特殊之处，指针保存的值是内存中的地址

3. 内存地址是什么?

• 内存是计算机中的存储部件，每个存储单元有固定唯一的编号

• 内存中存储单元的编号即内存地址

需要弄清楚的事实

• 程序中的一切元素都存在于内存中，因此，可通过内存地址访问程序元素。

内存示例

获取地址

• C语言中通过 & 操作符获取程序元素的地址

• & 可获取变量，数组，函数的起始地址

• 内存地址的本质是一个无符号整数(4字节或8字节)

下面看一个简单的例子：

#include<stdio.h>int main(){    int var = 0;    printf("var value = %d\n", var);    printf("var address = %p\n", &var);    return 0;}

下面为输出结果：

注意事项

• 只有通过 内存地址＋长度 才能确定一个变量中保存的值。

指针定义语法：

type *point;

• type - 数据类型，决定访问内存时的长度范围

• * 标志，意味着定义一个指针变量

• pointer 变量名，遵循C语言命名规则

例如：

int main(){    char* pChar;    short* pShort;    int* pInt;    float* pFloat;    double* pDouble;    return 0;   }

指针内存访问：

* pointer

• 指针访问操作符（*）作用于指针变量即可访问内存数据

• 指针的类型决定通过地址访问内存时的长度范围

• 指针的类型统一占用 4 字节或 8 字节

即：sizeof(type*) == 4或 sizeof(type*) == 8

下面看一段代码，感受一下：

#include <stdio.h>int main(){    int var = 0;    int another = 0;    int* pVar = NULL;    printf("1. var = %d\n", var);    printf("1. pVar = %p\n", pVar);    pVar = &var;  // 使用指针保存变量的地址    *pVar = 100;  // *pVar 等价于 var ， var = 100;    printf("2. var = %d\n", var);    printf("2. pVar = %p\n", pVar);    pVar = &another;  // 改变了 pVar 的指向，使得 pVar 保存 another 的地址    *pVar = 1000;     // another = 1000;    printf("3. another = %d\n", another);    printf("3. pVar = %p\n", pVar);    printf("4. add ==> %d\n", var + another + *pVar);   // 100 + 1000 + 1000  ==> 2100    return 0;}

下面为输出结果：

注意 NULL 地址为 00000000

小结

• 指针是C语言中的变量（本质为容器)

• 指针专用于保存程序元素的内存地址

• 可使用 * 操作符通过指针访问程序元素本身

• 指针也有类型，指针类型由 数据类型＋* 构成

二、深入理解指针与地址

灵魂三问

• 指针类型和普通类型之间的关系是什么?

• 何看待“内存地址＋长度才能访问内存中的数据”?

• 不同类型的指针可以相互赋值吗?

初学指针的军规

• Type* 类型的指针只保存 Type 类型变量的地址

• 禁止不同类型的指针相互赋值

• 禁止将普通数值当作地址赋值给指针

注意：指针保存的地址必须是有效地址

下面看一段代码：

#include <stdio.h>int main(){    int i = 10;    float f = 10;    int* pi = &f;    // WARNING    float* pf = &f;  // OK    printf("pi = %p, pf = %p\n", pi, pf);    printf("*pi = %d, *pf = %f\n", *pi, *pf);    pi = i;   // WARNING    *pi = 110;  // OOPS    printf("pi = %p, *pi = %d\n", pi, *pi);    return 0;}

下面为输出结果：

这个程序犯了两个错误：

将不同类型的指针相互赋值，虽然 int 类型的指针变量保存的地址是对的，但是其所保存的值是错的。

将普通数值当作地址赋值给指针，这会导致严重的错误，不能正确输出

编写函数交换两个变量的值

• 想要编写函数交换变量的值，那么，必须有能力在函数内部修改函数外部的变量!!!

看下面的代码：

#include <stdio.h>void func(int* p){    *p = 100;   // 修改内存中 4 字节的数据，即：修改一个整型变量的值}void swap(int* pa, int* pb){    int t = 0;    t = *pa;    *pa = *pb;    *pb = t;}int main(){    int var = 0;    int a = 1, b = 2;    printf("1. var = %d\n", var);    func( &var );    printf("2. var = %d\n", var);    printf("3. a = %d, b = %d\n", a, b);    swap(&a, &b);    printf("4. a = %d, b = %d\n", a, b);    return 0;}

下面为输出结果：

小结论

可以利用指针从函数中“返回”多个值 (return只能返回一个值)!!

下面看一段代码：

#include <stdio.h>int calculate(int n, long long* pa, long long* pm){    int ret = 1;    if( (1 <= n) && (n <= 20) )    {        int i = 0;        *pa = 0;        *pm = 1;        for(i=1; i<=n; i++)        {            *pa = *pa + i;            *pm = *pm * i;        }    }    else    {        ret = 0;    }    return ret;}int main(){    long long ar = 0;    long long mr = 0;    if( calculate(5, &ar, &mr) )        printf("ar = %lld, mr = %lld\n", ar, mr);    return 0;}

下面为输出结果：

这段代码中的子函数通过指针，计算了1加到5以及1乘到5的值，这就间接地通过指针从子函数“返回”多个值

小结

指针是变量，因此赋值时必须保证类型相同

指针变量保存的地址必须是有效地址

通过指针参数

• 一能够实现函数交换变量的值

• 一能够从函数中“返回”多个值

三、指针与数组（上）

问题

• 数组的本质是一片连续的内存，那么，数组的地址是什么？如何获取?

一些事实

• 使用取地址操作符&获取数组的地址

• 数组名可看作一个指针，代表数组中 0 元素的地址

• 当指针指向数组元素时，可进行指针运算（指针移动)

深入理解数组地址( int a[]= {1, 2, 3, 4, 5}; )

• &a 与 a 在数值上相同，但是意义上不同

• &a 代表数组地址，类型为：int(*)[5]

• a 代表数组0号元素地址，类型为: int*

• 指向数组的指针: int (*pName)[5] = &a;

下面看一段代码：

#include <stdio.h>int main(){    int a[] = {1, 2, 3, 4, 0};    int* p = a;  // a 的类型为 int*, &a[0] ==> int*    int (*pa) [5] = &a;    printf("%p, %p\n", p, a);    p++;    *p = 100;  // a[1] = 100;    printf("%d, %d\n", *p, a[1]);    printf("%p, %p\n", &a, a);    p = pa;   // WARNING  !!!!    p = a;    while( *p )    {        printf("%d\n", *p);        p++;    }    return 0;}

下面为运行结果：

需要注意的是，p 和 pa不是一个指针类型，所以令 p = pa 这种做法是不正确的。

注意

• 数组名并不是指针，只是代表了0号元素的地址，因此可以当作指针使用。

四、指针与数组（下）

指针与数组的等价用法

假如：

int a[ ] = {1, 2,3, 4,5}

int* p = a;

则以下等价：

a[i] <--> *(a + i) <--> *(p + i) <--> p[i]

下面看一段代码，加深理解：

#include <stdio.h>int main(){    int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};    int* p = a;    int i = 0;    // a[i] <==> *(a+i) <==> *(p+i) <==> p[i]    for(i=0; i<5; i++)    {        printf("%d, %d\n", a[i], *(a + i));    }    printf("\n");    for(i=0; i<5; i++)    {        printf("%d, %d\n", a[i], p[i]);    }    printf("\n");    for(i=0; i<5; i++)    {        printf("%d, %d\n", p[i], *(p + i));    }    printf("\n");    printf("a = %p, p = %p\n", a, p);    printf("&a = %p, &p = %p\n", &a, &p);    return 0;}

下面为输出结果：

这里可以看到 a和 p的地址不同，因为它们是两个不同的指针变量。

字符串拾遗

• 字符串常量是 char* 类型，一种指针类型

指针移动组合拳：

int v = *p++;

解读：

指针访问操作符(*)和自增运算操作符（++) 优先级相同

所以，先从p指向的内存中取值，然后p进行移动

等价于：

int v = *p;

p++;

下面看一段代码，体会一下：

#include <stdio.h>int main(){    int a[] = {1, 2, 3};    int* p = a;    int v = *p++;    char* s = NULL;    printf("%p\n", "D.T.Software");    printf("%p\n", "D.T.Software");    printf("v = %d, *p = %d\n", v, *p);    printf("First = %c\n", *"D.T.Software");    s = "D.T.Software";    while( *s ) printf("%c", *s++);    printf("\n");    return 0;}

下面为输出结果：

因为D.T.Software 在全局数据区的起始地址一样，所以两次打印出来的地址一样。

小结

• 数组名可看作一个指针，代表数组中0元素的地址

• &a与a在数值上相同，但是意义上不同

• C语言中的字符串常量的类型是 char *

• 当指针指向数组元素时，才能进行指针运算

五、指针与函数

问题

• 函数调用时会跳转到函数体对应的代码处执行，那么，如何知道函数体代码的具体位置?

深入函数之旅

• 函数的本质是一段内存中的代码（占用一片连续内存)

• 函数拥有类型，函数类型由返回类型和参数类型列表组成

• 例：

函数的一些事实

• 函数名就是函数体代码的起始地址（函数入口地址)

• 通过函数名调用函数，本质为指定具体地址的跳转执行

• 因此，可定义指针，保存函数入口地址

函数指针（ Type func (Type1 a,Type2 b))

• 函数名即函数入口地址，类型为 Type(*)(Type1,Type2)

• 对于 func 的函数，&func 与 func 数值相同，意义相同

• 指向函数的指针：Type (*pFunc) (Type1, Type2) = func;

函数指针参数

• 函数指针的本质还是指针（变量，保存内存地址)

• 可定义函数指针参数，使用相同代码实现不同功能

注意

函数指针只是单纯的保存函数的入口地址

因此

• 只能通过函数指针调用目标函数

• 不能进行指针移动(指针运算)

下面看一段代码，理解一下：

#include <stdio.h>int add(int a, int b){    return a + b;}int mul(int a, int b){    return a * b;}int calculate(int a[], int len, int(*cal)(int, int)){    int ret = a[0];    int i = 0;    for(i=1; i<len; i++)    {        ret = cal(ret, a[i]);    }    return ret;}int main(){    int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};    int (*pFunc) (int, int) = NULL;    pFunc = add;    printf("%d\n", pFunc(1, 2));    printf("%d\n", (*pFunc)(3, 4));    pFunc = &mul;    printf("%d\n", pFunc(5, 6));    printf("%d\n", (*pFunc)(7, 8));    printf("1 + ... + 5 = %d\n", calculate(a, 5, add));    printf("1 * ... * 5 = %d\n", calculate(a, 5, mul));    return 0;}

下面为输出结果：

这里注意，只有调用的时候，才能确定 calculate() 子函数中的 cal 是什么函数。

再论数组参数

函数的数组形参退化为指针！因此，不包含数组实参的长度信息。使用数组名调用时，传递的是0号元素的地址。

void func(int a[ ]) <--> void func(int* a)

<--> void func (int a[1])

<--> void func (int a[10)

<--> void func(int a[100)

下面看一段代码：

#include <stdio.h>int demo(int arr[], int len)  // int demo(int* arr, int len){    int ret = 0;    int i = 0;    printf("demo: sizeof(arr) = %d\n", sizeof(arr));    while( i < len )    {        ret += *arr++;        i++;    }    return ret;}int main(){    int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};    // int v = *a++;    printf("return value: %d\n", demo(a, 5));    return 0;}

下面为输出结果：

定义的形参arr[]可以进行 *arr++ 的操作，这就说明函数的数组形参退化为指针，因为数组不可以进行 ++ 的运算。

小结

• 函数名的本质是函数体的入口地址

• 函数类型由返回类型和参数类型列表组成

• 可定义指向函数的指针：Type (*pFunc) (Type1,Type2);

• 函数指针只是单纯的保存函数的入口地址（不能进行指针运算)

六、指针与堆空间

再论内存空间

内存区域不同，用途不同

• 全局数据区：存放全局变量，静态变量

• 栈空间：存放函数参数，局部变量

• 堆空间：用于动态创建变量（数组)

堆空间的本质

• 备用的“内存仓库”，以字节为单位预留的可用内存

• 程序可在需要时从“仓库”中申请使用内存（动态借)

• 当不需要再使用申请的内存时，需要及时归还（动态还)

问题

• 如何从堆空间申请内存?如何归还?

预备知识-- void*

• void 类型是基础类型，对应的指针类型为 void*

• void* 是指针类型，其指针变量能够保存地址

• 通过 void* 指针无法获取内存中的数据（无长度信息)

void* 总结

• 不可使用void*指针直接获取内存数据。

• void*指针可与其它数据指针相互赋值。

下面看一段代码：

#include <stdio.h>int main(){    char c = 0;    int i = 0;    float f = 2.0f;    double d = 3.0;    void* p = NULL;    double* pd = NULL;    int* pi = NULL;        p = &c;    p = &i;    p = &f;    p = &d;    printf("%p\n", p);    // void* 类型的指针无法访问内存中的数据    // printf("%f\n", *p);        pd = p;    pi = p;    // void* 是例外，其他指针类型的变量不能相互赋值    // pd = pi;    return 0;}

下面为输出结果：

注意几个问题：

void* 指针可以保存任意类型的地址

void* 类型的指针无法访问内存中的数据

void* 类型的变量可以直接合法的赋值给其他具体数据类型的指针变量

void* 是例外，其他指针类型的变量不能相互赋值

堆空间的使用

• 工具箱：stdlib.h

• 申请：void* malloc ( unsigned bytes )

• 归还：void free( void* p)

堆空间的使用原则

• 有借有还，再借不难（杜绝只申请，不归还)

• malloc申请内存后，应该判断是否申请成功

• free只能释放申请到的内存，且不可多次释放（free 释放的是堆空间的地址）

下面看一段代码感受一下：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(){    int* p = malloc(4); // 从堆空间申请 4 个字节当作 int 类型的变量使用    if( p != NULL )  // 如果申请失败 p 为 0 ，即：空值    {        *p = 100;        printf("%d\n", *p);        free(p);    }    p = malloc(4 * sizeof(int));    if( p != NULL )    {        int i = 0;        for(i=0; i<4; i++)        {            p[i] = i * 10;        }        for(i=0; i<4; i++)        {            printf("%d\n", p[i]);        }        free(p);    }    return 0;}

下面为输出结果：

小结

• 堆空间是程序中预留且可用的内存区域

• void*指针只能能够保存地址，但无法获取内存数据

• void*指针可与其它数据指针相互赋值

• malloc申请内存后，应该判断是否申请成功

• free只能释放申请到的内存，且不可多次释放

七、指针专题经典问题剖析

多级指针

• 可以定义指针的指针保存其它指针变量的地址

如：

Type v;
Type *pv = &v;
Type** ppv = &pv;
type*** pppv = &ppv;

下面看一段代码：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(){    int a = 0;    int b = 1;    int* p = &a;    int** pp = &p;    **pp = 2;   // a = 2;    *pp = &b;   // p = &b;    *p = 3;     // b = 3;    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);    return 0;}

下面为输出结果：

*pp 就是取 pp 里面的内容，而 pp 里面存的内容是 p 的地址，所以 *pp 就相当于p 的内容，而 p 的内容就是 a 的地址，所以说 **p 就相当于 a，**p = 2 也就是把 2 赋值给 a，*pp = &b 即为 p = &b，所以 *p = 3，就是把 3 赋值给 b。

下面再看一段代码：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int getDouble(double** pp, unsigned n){    int ret = 0;    double* pd = malloc(sizeof(double) * n);    if( pd != NULL )    {        printf("pd = %p\n", pd);        *pp = pd;        ret = 1;    }    return ret;}int main(){    double* p = NULL;    if( getDouble(&p, 5) )    {        printf("p = %p\n", p);        free(p);    }    return 0;}

下面为输出结果：

这里特别注意：函数外的一个一级指针指向了这里申请的堆空间

再论二维数组

二维数组的本质是一维数组 ，即：数组中的元素是一维数组!!

因此：

int a[2][2];

a 就是 &a[0]

a[0] 的类型是 int[2]

可知 a 的类型是 int (*)[2]

下面看一段代码：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(){    int b[2][2] = {{1, 2}, {3, 4}};    int (*pnb) [2] = b;  // b 的类型是 int(*)[2]    *pnb[1] = 30;    printf("b[0][0] = %d\n", b[0][0]);    printf("b[0][1] = %d\n", b[0][1]);    printf("b[1][0] = %d\n", b[1][0]);    printf("b[1][1] = %d\n", b[1][1]);    return 0;}

下面为输出结果：

pnb[0]是[1,2]，pnb[1]经过赋值后是[30,4]，所以*(pnb[1])就是取该数组所代表的第0个元素，也就是30。

下面再看一个代码：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int* func(){    int var = 100;    return &var;}int main(){    int* p = func();  // OOPS!!!!                      // p 指向了不合法的地址，这个地址处没有变量存在                      // p 是一个野指针，保存不合法地址的指针都是野指针    printf("*p = %d\n", *p);    *p = 200;   // 改变 func 函数中局部变量 var 的值，是不是非常奇怪？？？    printf("*p = %d\n", *p);    return 0;}

这段代码是有问题的， func() 函数执行后， var 这个变量就会被销毁，所以 p 指向了一个不合法的地址。

以上就是关于“C语言指针、地址和数组函数堆空间的关系是什么”这篇文章的内容，相信大家都有了一定的了解，希望小编分享的内容对大家有帮助，若想了解更多相关的知识内容，请关注编程网其他教程频道。