說到指針，估計還是有很多小伙伴都還是云里霧里的，有點“知其然，而不知其所以然”。但是，不得不說，學了指針，C語言才能算是入門了。指針是C語言的「精華」，可以說，對對指針的掌握程度，「直接決定」了你C語言的編程能力。

在講指針之前，我們先來了解下變量在「內存」中是如何存放的。

在程序中定義一個變量，那么在程序編譯的過程中，系統會根據你定義變量的類型來分配「相應尺寸」的內存空間。那么如果要使用這個變量，只需要用變量名去訪問即可。

通過變量名來訪問變量，是一種「相對安全」的方式。因為只有你定義了它，你才能夠訪問相應的變量。這就是對內存的基本認知。但是，如果光知道這一點的話，其實你還是不知道內存是如何存放變量的，因為底層是如何工作的，你依舊不清楚。

那么如果要繼續深究的話，你就需要把變量在內存中真正的樣子是什么搞清楚。內存的最小索引單元是1字節，那么你其實可以把內存比作一個超級大的「字符型數組」。在上一節我們講過，數組是有下標的，我們是通過數組名和下標來訪問數組中的元素。那么內存也是一樣，只不過我們給它起了個新名字：地址。每個地址可以存放「1字節」的數據，所以如果我們需要定義一個整型變量，就需要占據4個內存單元。

那么，看到這里你可能就明白了：其實在程序運行的過程中，完全不需要變量名的參與。變量名只是方便我們進行代碼的編寫和閱讀，只有程序員和編譯器知道這個東西的存在。而編譯器還知道具體的變量名對應的「內存地址」，這個是我們不知道的，因此編譯器就像一個橋梁。當讀取某一個變量的時候，編譯器就會找到變量名所對應的地址，讀取對應的值。

初識指針和指針變量

那么我們現在就來切入正題，指針是個什么東西呢？

所謂指針，就是內存地址（下文簡稱地址）。C語言中設立了專門的「指針變量」來存儲指針，和「普通變量」不一樣的是，指針變量存儲的是「地址」。

定義指針

指針變量也有類型，實際上取決于地址指向的值的類型。那么如何定義指針變量呢：

很簡單：類型名* 指針變量名

char*pa;//定義一個字符變量的指針，名稱為pa
int*pb;//定義一個整型變量的指針，名稱為pb
float*pc;//定義一個浮點型變量的指針，名稱為pc

注意，指針變量一定要和指向的變量的類型一樣，不然類型不同可能在內存中所占的位置不同，如果定義錯了就可能導致出錯。

取地址運算符和取值運算符

獲取某個變量的地址，使用取地址運算符&，如：

char*pa=&a;
int*pb=&f;

如果反過來，你要訪問指針變量指向的數據，那么你就要使用取值運算符*，如：

printf("%c,%d ",*pa,*pb);

這里你可能發現，定義指針的時候也使用了*，這里屬于符號的「重用」，也就是說這種符號在不同的地方就有不同的用意：在定義的時候表示「定義一個指針變量」，在其他的時候則用來「獲取指針變量指向的變量的值」。

直接通過變量名來訪問變量的值稱之為直接訪問，通過指針這樣的形式訪問稱之為間接訪問，因此取值運算符有時候也成為「間接運算符」。

比如：

//Example01
//代碼來源于網絡，非個人原創
#include
intmain(void)
{
chara='f';
intf=123;
char*pa=&a;
int*pf=&f;

printf("a=%c ",*pa);
printf("f=%d ",*pf);

*pa='c';
*pf+=1;

printf("now,a=%c ",*pa);
printf("now,f=%d ",*pf);

printf("sizeofpa=%d ",sizeof(pa));
printf("sizeofpf=%d ",sizeof(pf));

printf("theaddrofais:%p ",pa);
printf("theaddroffis:%p ",pf);

return0;
}

程序實現如下：

//Consequence 01
a = f
f = 123
now, a = c
now, f = 124
sizeof pa = 4
sizeof pf = 4
the addr of a is: 00EFF97F
the addr of f is: 00EFF970

避免訪問未初始化的指針

voidf()
{
int*a;
*a=10;
}

像這樣的代碼是十分危險的。因為指針a到底指向哪里，我們不知道。就和訪問未初始化的普通變量一樣，會返回一個「隨機值」。

但是如果是在指針里面，那么就有可能覆蓋到「其他的內存區域」，甚至可能是系統正在使用的「關鍵區域」，十分危險。不過這種情況，系統一般會駁回程序的運行，此時程序會被「中止」并「報錯」。

要是萬一中獎的話，覆蓋到一個合法的地址，那么接下來的賦值就會導致一些有用的數據被「莫名其妙地修改」，這樣的bug是十分不好排查的，因此使用指針的時候一定要注意初始化。

指針和數組

有些讀者可能會有些奇怪，指針和數組又有什么關系？這倆貨明明八竿子打不著井水不犯河水。別著急，接著往下看，你的觀點有可能會改變。

數組的地址

我們剛剛說了，指針實際上就是變量在「內存中的地址」，那么如果有細心的小伙伴就可能會想到，像數組這樣的一大摞變量的集合，它的地址是啥呢？

我們知道，從標準輸入流中讀取一個值到變量中，用的是scanf函數，一般貌似在后面都要加上&，這個其實就是我們剛剛說的「取地址運算符」。如果你存儲的位置是指針變量的話，那就不需要。

//Example02
intmain(void)
{
inta;
int*p=&a;

printf("請輸入一個整數：");
scanf("%d",&a);//此處需要&
printf("a=%d ",a);

printf("請再輸入一個整數：");
scanf("%d",p);//此處不需要&
printf("a=%d ",a);

return0;
}

程序運行如下：

//Consequence 02
請輸入一個整數：1
a = 1
請再輸入一個整數：2
a = 2

在普通變量讀取的時候，程序需要知道這個變量在內存中的地址，因此需要&來取地址完成這個任務。而對于指針變量來說，本身就是「另外一個」普通變量的「地址信息」，因此直接給出指針的值就可以了。

試想一下，我們在使用scanf函數的時候，是不是也有不需要使用&的時候？就是在讀取「字符串」的時候：

//Example03
#include
intmain(void)
{
charurl[100];
url[99]='?';
printf("請輸入TechZone的域名：");
scanf("%s",url);//此處也不用&
printf("你輸入的域名是：%s ",url);
return0;
}

程序執行如下：

//Consequence 03
請輸入TechZone的域名：www.techzone.ltd
你輸入的域名是：www.techzone.ltd

因此很好推理：數組名其實就是一個「地址信息」，實際上就是數組「第一個元素的地址」。

咱們試試把第一個元素的地址和數組的地址做個對比就知道了：

//Example03V2
#include
intmain(void)
{
charurl[100];
printf("請輸入TechZone的域名：");
url[99]='?';
scanf("%s",url);
printf("你輸入的域名是：%s ",url);

printf("url的地址為：%p ",url);
printf("url[0]的地址為：%p ",&url[0]);

if(url==&url[0])
{
printf("兩者一致！");
}
else
{
printf("兩者不一致！");
}
return0;
}

程序運行結果為：

//Comsequense 03 V2
請輸入TechZone的域名：www.techzone.ltd
你輸入的域名是：www.techzone.ltd
url的地址為：0063F804
url[0]的地址為：0063F804
兩者一致！

這么看，應該是實錘了。那么數組后面的元素也就是依次往后放置，有興趣的也可以自己寫代碼嘗試把它們輸出看看。

指向數組的指針

剛剛我們驗證了數組的地址就是數組第一個元素的地址。那么指向數組的指針自然也就有兩種定義的方法：

...
char*p;
//方法1
p=a;
//方法2
p=&a[0];

指針的運算

當指針指向數組元素的時候，可以對指針變量進行「加減」運算，+n表示指向p指針所指向的元素的「下n個元素」，-n表示指向p指針所指向的元素的「上n個元素」。并不是將地址加1。

如：

//Example04
#include
intmain(void)
{
inta[]={1,2,3,4,5};
int*p=a;
printf("*p=%d,*(p+1)=%d,*(p+2)=%d ",*p,*(p+1),*(p+2));
printf("*p->%p,*(p+1)->%p,*(p+2)->%p ",p,p+1,p+2);
return0;
}

執行結果如下：

//Consequence 04
*p = 1, *(p+1) = 2, *(p+2) = 3
*p -> 00AFF838, *(p+1) -> 00AFF83C, *(p+2) -> 00AFF840

有的小伙伴可能會想，編譯器是怎么知道訪問下一個元素而不是地址直接加1呢？

其實就在我們定義指針變量的時候，就已經告訴編譯器了。如果我們定義的是整型數組的指針，那么指針加1，實際上就是加上一個sizeof(int)的距離。相對于標準的下標訪問，使用指針來間接訪問數組元素的方法叫做指針法。

其實使用指針法來訪問數組的元素，不一定需要定義一個指向數組的單獨的指針變量，因為數組名自身就是指向數組「第一個元素」的指針，因此指針法可以直接作用于數組名：

...
printf("p->%p,p+1->%p,p+2->%p ",a,a+1,a+2);
printf("a=%d,a+1=%d,a+2=%d",*a,*(a+1),*(a+2));
...

執行結果如下：

p->00AFF838,p+1->00AFF83C,p+2->00AFF840
b=1,b+1=2,b+2=3

現在你是不是感覺，數組和指針有點像了呢？不過筆者先提醒，數組和指針雖然非常像，但是絕對「不是」一種東西。

甚至你還可以直接用指針來定義字符串，然后用下標法來讀取每一個元素：

//Example05
//代碼來源于網絡
#include
#include
intmain(void)
{
char*str="IloveTechZone!";
inti,length;

length=strlen(str);

for(i=0;i {
printf("%c",str[i]);
}
printf(" ");

return0;
}

程序運行如下：

//Consequence 05
I love TechZone!

在剛剛的代碼里面，我們定義了一個「字符指針」變量，并且初始化成指向一個字符串。后來的操作，不僅在它身上可以使用「字符串處理函數」，還可以用「下標法」訪問字符串中的每一個字符。

當然，循環部分這樣寫也是沒毛病的：

...
for(i=0,i {
printf("%c",*(str+i));
}

這就相當于利用了指針法來讀取。

指針和數組的區別

剛剛說了許多指針和數組相互替換的例子，可能有的小伙伴又開始說：“這倆貨不就是一個東西嗎？”

隨著你對指針和數組越來越了解，你會發現，C語言的創始人不會這么無聊去創建兩種一樣的東西，還叫上不同的名字。指針和數組終究是「不一樣」的。

比如筆者之前看過的一個例子：

//Example06
//代碼來源于網絡
#include
intmain(void)
{
charstr[]="IloveTechZone!";
intcount=0;

while(*str++!='?')
{
count++;
}
printf("總共有%d個字符。 ",count);

return0;
}

當編譯器報錯的時候，你可能會開始懷疑你學了假的C語言語法：

//Error in Example 06
錯誤(活動)E0137表達式必須是可修改的左值
錯誤C2105“++”需要左值

我們知道，*str++ != ‘?’是一個復合表達式，那么就要遵循「運算符優先級」來看。具體可以回顧《C語言運算符優先級及ASCII對照表》。

str++比*str的優先級「更高」，但是自增運算符要在「下一條語句」的時候才能生效。所以這個語句的理解就是，先取出str所指向的值，判斷是否為?，若是，則跳出循環，然后str指向下一個字符的位置。

看上去貌似沒啥毛病，但是，看看編譯器告訴我們的東西：表達式必須是可修改的左值

++的操作對象是str，那么str到底是不是「左值」呢？

如果是左值的話，那么就必須滿足左值的條件。

?

擁有用于識別和定位一個存儲位置的標識符

存儲值可修改

?

第一點，數組名str是可以滿足的，因為數組名實際上就是定位數組第一個元素的位置。但是第二點就不滿足了，數組名實際上是一個地址，地址是「不可以」修改的，它是一個常量。如果非要利用上面的思路來實現的話，可以將代碼改成這樣：

//Example06V2
//代碼來源于網絡
#include
intmain(void)
{
charstr[]="IloveTechZone!";
char*target=str;
intcount=0;

while(*target++!='?')
{
count++;
}
printf("總共有%d個字符。 ",count);

return0;
}

這樣就可以正常執行了：

//Consequence 06 V2
總共有16個字符。

這樣我們就可以得出：數組名只是一個「地址」，而指針是一個「左值」。

指針數組？數組指針？

看下面的例子，你能分辨出哪個是指針數組，哪個是數組指針嗎？

int*p1[5];
int(*p2)[5];

單個的我們都可以判斷，但是組合起來就有些難度了。

答案：

int*p1[5];//指針數組
int(*p2)[5];//數組指針

我們挨個來分析。

指針數組

數組下標[]的優先級是最高的，因此p1是一個有5個元素的「數組」。那么這個數組的類型是什么呢？答案就是int*，是「指向整型變量的指針」。因此這是一個「指針數組」。

那么這樣的數組應該怎么樣去初始化呢？

你可以定義5個變量，然后挨個取地址來初始化。

不過這樣太繁瑣了，但是，并不是說指針數組就沒什么用。

比如：

//Example07
#include
intmain(void)
{
char*p1[5]={
"人生苦短，我用Python。",
"PHP是世界上最好的語言！",
"Onemorething...",
"一個好的程序員應該是那種過單行線都要往兩邊看的人。",
"C語言很容易讓你犯錯誤；C++看起來好一些，但當你用它時，你會發現會死的更慘。"
};
inti;
for(i=0;i {
printf("%s ",p1[i]);
}
return0;
}

結果如下：

//Consequence 07
人生苦短，我用Python。
PHP是世界上最好的語言！
One more thing...
一個好的程序員應該是那種過單行線都要往兩邊看的人。
C語言很容易讓你犯錯誤；C++看起來好一些，但當你用它時，你會發現會死的更慘。

這樣是不是比二維數組來的更加直接更加通俗呢？

數組指針

()和[]在優先級里面屬于「同級」，那么就按照「先后順序」進行。

int(*p2)將p2定義為「指針」， 后面跟隨著一個5個元素的「數組」，p2就指向這個數組。因此，數組指針是一個「指針」，它指向的是一個數組。

但是，如果想對數組指針初始化的時候，千萬要小心，比如：

//Example08
#include
intmain(void)
{
int(*p2)[5]={1,2,3,4,5};
inti;
for(i=0;i {
printf("%d ",*(p2+i));
}
return0;
}

Visual Studio 2019報出以下的錯誤：

//Error and Warning in Example 08
錯誤(活動)E0146初始值設定項值太多
錯誤C2440“初始化”: 無法從“initializer list”轉換為“int (*)[5]”
警告C4477“printf”: 格式字符串“%d”需要類型“int”的參數，但可變參數 1 擁有了類型“int *”

這其實是一個非常典型的錯誤使用指針的案例，編譯器提示說這里有一個「整數」賦值給「指針變量」的問題，因為p2歸根結底還是指針，所以應該給它傳遞一個「地址」才行，更改一下：

//Example08V2
#include
intmain(void)
{
inttemp[5]={1,2,3,4,5};
int(*p2)[5]=temp;
inti;
for(i=0;i {
printf("%d ",*(p2+i));
}
return0;
} //Error and Warning in Example 08 V2
錯誤(活動)E0144"int *" 類型的值不能用于初始化 "int (*)[5]" 類型的實體
錯誤C2440“初始化”: 無法從“int [5]”轉換為“int (*)[5]”
警告C4477“printf”: 格式字符串“%d”需要類型“int”的參數，但可變參數 1 擁有了類型“int *”

可是怎么還是有問題呢？

我們回顧一下，指針是如何指向數組的。

inttemp[5]={1,2,3,4,5};
int*p=temp;

我們原本以為，指針p是指向數組的指針，但是實際上「并不是」。仔細想想就會發現，這個指針實際上是指向的數組的「第一個元素」，而不是指向數組。因為數組里面的元素在內存中都是挨著個兒存放的，因此只需要知道第一個元素的地址，就可以訪問到后面的所有元素。

但是，這么來看的話，指針p指向的就是一個「整型變量」的指針，并不是指向「數組」的指針。而剛剛我們用的數組指針，才是指向數組的指針。因此，應該將「數組的地址」傳遞給數組指針，而不是將第一個元素的地址傳入，盡管它們值相同，但是「含義」確實不一樣：

//Example08V3
//Example08V2
#include
intmain(void)
{
inttemp[5]={1,2,3,4,5};
int(*p2)[5]=&temp;//此處取地址
inti;
for(i=0;i {
printf("%d ",*(*p2+i));
}
return0;
}

程序運行如下：

//Consequence 08
1
2
3
4
5

指針和二維數組

在上一節《C語言之數組》我們講過「二維數組」的概念，并且我們也知道，C語言的二維數組其實在內存中也是「線性存放」的。

假設我們定義了：int array[4][5]

array

array作為數組的名稱，顯然應該表示的是數組的「首地址」。由于二維數組實際上就是一維數組的「線性拓展」，因此array應該就是指的指向包含5個元素的數組的指針。

如果你用sizeof()去測試array和array+1的話，就可以測試出來這樣的結論。

*(array+1)

首先從剛剛的問題我們可以得出，array+1同樣也是指的指向包含5個元素的數組的指針，因此*(array+1)就是相當于array[1]，而這剛好相當于array[1][0]的數組名。因此*(array+1)就是指第二行子數組的第一個元素的地址。

*(*(array+1)+2)

有了剛剛的結論，我們就不難推理出，這個實際上就是array[1][2]。是不是感覺非常簡單呢？

總結一下，就是下面的這些結論，記住就好，理解那當然更好：

*(array+i)==array[i]
*(*(array+i)+j)==array[i][j]
*(*(*(array+i)+j)+k)==array[i][j][k]
...

數組指針和二維數組

我們在上一節里面講過，在初始化二維數組的時候是可以偷懶的：

intarray[][3]={
{1,2,3},
{4,5,6}
};

剛剛我們又說過，定義一個數組指針是這樣的：

int(*p)[3];

那么組合起來是什么意思呢？

int(*p)[3]=array;

通過剛剛的說明，我們可以知道，array是指向一個3個元素的數組的「指針」，所以這里完全可以將array的值賦值給p。

其實C語言的指針非常靈活，同樣的代碼用不同的角度去解讀，就可以有不同的應用。

那么如何使用指針來訪問二維數組呢？沒錯，就是使用「數組指針」：

//Example09
#include
intmain(void)
{
intarray[3][4]={
{0,1,2,3},
{4,5,6,7},
{8,9,10,11}
};
int(*p)[4];
inti,j;
p=array;
for(i=0,i {
for(j=0,j {
printf("%2d",*(*(p+i)+j));
}
printf(" ");
}
return0;
}

運行結果：

//Consequence 09
0 1 2 3
4 5 6 7
8 9 10 11

void指針

void實際上是無類型的意思。如果你嘗試用它來定義一個變量，編譯器肯定會「報錯」，因為不同類型所占用的內存有可能「不一樣」。但是如果定義的是一個指針，那就沒問題。void類型中指針可以指向「任何一個類型」的數據，也就是說，任何類型的指針都可以賦值給void指針。

將任何類型的指針轉換為void是沒有問題的。但是如果你要反過來，那就需要「強制類型轉換」。此外，不要對void指針「直接解引用」，因為編譯器其實并不知道void指針會存放什么樣的類型。

//Example10
#include
intmain(void)
{
intnum=1024;
int*pi=#
char*ps="TechZone";
void*pv;

pv=pi;
printf("pi:%p,pv:%p ",pi,pv);
printf("*pv:%d ",*pv);

pv=ps;
printf("ps:%p,pv:%p ",ps,pv);
printf("*pv:%s ",*pv);
}

這樣會報錯：

//Error in Example 10
錯誤C2100非法的間接尋址
錯誤C2100非法的間接尋址

如果一定要這么做，那么可以用「強制類型轉換」：

//Example10V2
#include
intmain(void)
{
intnum=1024;
int*pi=#
char*ps="TechZone";
void*pv;

pv=pi;
printf("pi:%p,pv:%p ",pi,pv);
printf("*pv:%d ",*(int*)pv);

pv=ps;
printf("ps:%p,pv:%p ",ps,pv);
printf("*pv:%s ",pv);
}

當然，使用void指針一定要小心，由于void指針幾乎可以「通吃」所有類型，所以間接使得不同類型的指針轉換變得合法，如果代碼中存在不合理的轉換，編譯器也不會報錯。

因此，void指針能不用則不用，后面講函數的時候，還可以解鎖更多新的玩法。

NULL指針

在C語言中，如果一個指針不指向任何數據，那么就稱之為「空指針」，用「NULL」來表示。NULL其實是一個宏定義：

#defineNULL((void*)0)

在大部分的操作系統中，地址0通常是一個「不被使用」的地址，所以如果一個指針指向NULL，就意味著不指向任何東西。為什么一個指針要指向NULL呢？

其實這反而是一種比較指的推薦的「編程風格」——當你暫時還不知道該指向哪兒的時候，就讓它指向NULL，以后不會有太多的麻煩，比如：

//Example11
#include
intmain(void)
{
int*p1;
int*p2=NULL;
printf("%d ",*p1);
printf("%d ",*p2);
return0;
}

第一個指針未被初始化。在有的編譯器里面，這樣未初始化的變量就會被賦予「隨機值」。這樣指針被稱為「迷途指針」，「野指針」或者「懸空指針」。如果后面的代碼對這類指針解引用，而這個地址又剛好是合法的話，那么就會產生莫名其妙的結果，甚至導致程序的崩潰。因此養成良好的習慣，在暫時不清楚的情況下使用NULL，可以節省大量的后期調試的時間。

指向指針的指針

開始套娃了。其實只要你理解了指針的概念，也就沒什么大不了的。

//Example12
#include
intmain(void)
{
intnum=1;
int*p=#
int**pp=&p;

printf("num:%d ",num);
printf("*p:%d ",*p);
printf("**p:%d ",**pp);
printf("&p:%p,pp:%p ",&p,pp);
printf("&num:%p,p:%p,*pp:%p ",&num,p,*pp);
return0;
}

程序結果如下：

//Consequence 12
num: 1
*p: 1
**p: 1
&p: 004FF960, pp: 004FF960
&num: 004FF96C, p: 004FF96C, *pp: 004FF96C

當然你也可以無限地套娃，一直指下去。不過這樣會讓代碼可讀性變得「很差」，過段時間可能你自己都看不懂你寫的代碼了。

指針數組和指向指針的指針

那么，指向指針的指針有什么用呢？

它可不是為了去創造混亂代碼，在一個經典的實例里面，就可以體會到它的用處：

char*Books[]={
"《C專家編程》",
"《C和指針》",
"《C的陷阱與缺陷》",
"《CPrimerPlus》",
"《Python基礎教程（第三版）》"
};

然后我們需要將這些書進行分類。我們發現，其中有一本是寫Python的，其他都是C語言的。這時候指向指針的指針就派上用場了。首先，我們剛剛定義了一個指針數組，也就是說，里面的所有元素的類型「都是指針」，而數組名卻又可以用指針的形式來「訪問」，因此就可以使用「指向指針的指針」來指向指針數組：

...
char**Python;
char**CLang[4];

Python=&Books[5];
CLang[0]=&Books[0];
CLang[1]=&Books[1];
CLang[2]=&Books[2];
CLang[3]=&Books[3];
...

因為字符串的取地址值實際上就是其「首地址」，也就是一個「指向字符指針的指針」，所以可以這樣賦值。

這樣，我們就利用指向指針的指針完成了對書籍的分類，這樣既避免了浪費多余的內存，而且當其中的書名要修改，只需要改一次即可，代碼的靈活性和安全性都得到了提升。

常量和指針

常量，在我們目前的認知里面，應該是這樣的：

520, 'a'

或者是這樣的：

#defineMAX1000
#defineB'b'

常量和變量最大的區別，就是前者「不能夠被修改」，后者可以。那么在C語言中，可以將變量變成像具有常量一樣的特性，利用const即可。

constintmax=1000;
constchara='a';

在const關鍵字的作用下，變量就會「失去」本來具有的可修改的特性，變成“只讀”的屬性。

指向常量的指針

強大的指針當然也是可以指向被const修飾過的變量，但這就意味著「不能通過」指針來修改它所引用的值?？偨Y一下，就是以下4點：

指針可以修改為指向不同的變量

指針可以修改為指向不同的常量

可以通過解引用來讀取指針指向的數據

不可以通過解引用來修改指針指向的數據

常量指針

指向非常量的常量指針

指針本身作為一種「變量」，也是可以修改的。因此，指針也是可以被const修飾的，只不過位置稍稍「發生了點變化」：

...
int*constp=#
...

這樣的指針有如下的特性：

指針自身不能夠被修改

指針指向的值可以被修改

指向常量的常量指針

在定義普通變量的時候也用const修飾，就得到了這樣的指針。不過由于限制太多，一般很少用到：

...
intnum=100;
constintcnum=200;
constint*constp=&cnum;
...