系统性学习C语言-第十二讲-深入理解指针（2）
- 1. ` const ` 修饰指针
- 1.1 ` const ` 修饰变量
- 1.2 ` const ` 修饰指针变量
- 2. 野指针
- 2.1 野指针成因
- 2.2 如何规避野指针
- 2.2.1 指针初始化
- 2.2.2 小心指针越界
- 2.2.3 指针变量不再使用时，及时置 ` NULL ` ，指针使用之前检查有效性
- 2.2.4 避免返回局部变量的地址
- 3. assert 断言
- 4. 指针的使用和传址调用
- 4.2 传值调用和传址调用
1. const 修饰指针
1.1 const 修饰变量
变量是可以修改的，如果把变量的地址交给⼀个指针变量，通过指针变量的也可以修改这个变量。
但是如果我们希望⼀个变量加上⼀些限制，不能被修改，怎么做呢？这就是 const 的作用。
#include <stdio.h>
int main()
{int m = 0;m = 20;//m是可以修改的const int n = 0;n = 20;//n是不能被修改的return 0;
}
上述代码中 n 是不能被修改的，其实 n 本质是变量，只不过被 const 修饰后，在语法上加了限制，
只要我们在代码中对 n 进行修改，就不符合语法规则，就报错，致使没法直接修改 n 。
#include <stdio.h>
int main()
{const int n = 0;printf("n = %d\n", n);int* p = &n;*p = 20;printf("n = %d\n", n);return 0;
}
输出结果：
我们可以看到变量确实被修改了，但是我们还是要思考⼀下，为什么 n 要被 const 修饰呢？
就是为了不能被修改，如果 p 拿到 n 的地址就能修改 n ，这样就打破了 const 的限制，
这是不合理的，所以应该让 p 拿到 n 的地址也不能修改 n ，那接下来怎么做呢？
1.2 const 修饰指针变量
⼀般来讲 const 修饰指针变量，可以放在 * 的左边，也可以放在 * 的右边，意义是不⼀样的。
int * p;//没有const修饰？
int const * p;//const 放在*的左边做修饰
int * const p;//const 放在*的右边做修饰
我们看下面代码，来分析具体分析⼀下：
代码1 - 测试无 const 修饰的情况
#include <stdio.h>
//代码1 - 测试⽆const修饰的情况
void test1()
{int n = 10;int m = 20;int* p = &n; *p = 20;//ok?p = &m; //ok?
}
通过观察可以看到编译是可以通过的，说明代码的操作是没有问题的。
代码2 - 测试 const 放在 * 的左边情况
//代码2 - 测试const放在*的左边情况
void test2()
{int n = 10;int m = 20;const int* p = &n;*p = 20;//ok?p = &m; //ok?
}
通过编译结果我们可以得出，当 const 被放在 * 左边时，我们无法对地址解引用进行更改，
编译器会产生报错。
代码3 - 测试 const 放在 * 的右边情况
//代码3 - 测试const放在*的右边情况
void test3()
{int n = 10;int m = 20;int * const p = &n;*p = 20; //ok?p = &m; //ok?
}
通过编译结果我们可以分析出，在 const 放在 * 的右边，我们可以通过地址的解引用来改变变量，
但是我们不能对地址进行更改。
代码4 - 测试 * 的左右两边都有 const 的情况
//代码4 - 测试*的左右两边都有const
void test4()
{int n = 10;int m = 20;int const * const p = &n;*p = 20; //ok?p = &m; //ok?
}
通过编译的结果我们可以分析出，在 * 的左右两边都有 const 的情况下，
我们即无法对地址解引用来更改变量，也无法对地址的值进行改变。
结论：const修饰指针变量的时候
-
const如果放在*的左边，修饰的是指针指向的内容，保证指针指向的内容不能通过指针来改变。
但是指针变量本身的内容可变。 -
const如果放在*的右边，修饰的是指针变量本身，保证了指针变量的内容不能修改，但是指针指
向的内容，可以通过指针改变。
2. 野指针
概念： 野指针就是指针指向的位置是不可知的（随机的、不正确的、没有明确限制的）
2.1 野指针成因
1. 指针未初始化
#include <stdio.h>
int main()
{int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值*p = 20;return 0;
}
在如图所示的代码中，指针 p 并未进行初始化，它的地址所指向的空间是未知的，为野指针。
2. 指针越界访问
#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {0};int *p = &arr[0];int i = 0;for(i = 0; i <= 11; i++){//当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针*(p++) = i;}return 0;
}
在如图所示的代码中，指针 p 指向的范围超出了数组 arr 的范围，它的地址所指向的空间是未知的，为野指针。
3. 指针指向的空间释放
#include <stdio.h>
int* test()
{int n = 100;return &n;
}int main()
{int*p = test();printf("%d\n", *p);return 0;
}
在如图的代码中，函数 test 中定义的变量 n 为局部变量，在函数 test 结束后就会销毁，但函数 test 返回的是变量 n 的地址，
在变量被销毁后，这片地址的区域就是未知的，不再有意义，函数 test 返回的无意义的地址存储在了变量 p 中，
此时变量 p 变为了野指针。
2.2 如何规避野指针
2.2.1 指针初始化
如果明确知道指针指向哪里就直接赋值地址，如果不知道指针应该指向哪里，可以给指针赋值 NULL 。
NULL 是 C语言 中定义的⼀个标识符常量，值是 0 ，0 也是地址，这个地址是无法使用的，读写该地址会报错。
定义 NULL 中的文件源码
#ifdef __cplusplus#define NULL 0
#else#define NULL ((void *)0)
#endif
初始化如下：
#include <stdio.h>int main()
{int num = 10;int*p1 = #int*p2 = NULL;return 0;
}
2.2.2 小心指针越界
⼀个程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是越界访问。
例如:
#include<stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 0 };int* p = &arr[12];
}
这里我们只给数组 arr 申请了十个空间用于存储变量，即数组 arr 的最大下标为 9 ，但时我们的 p 指针却超出范围，
存储着下标 12 处的地址，这是代码发生了指针越界，产生了野指针， p 指针现在所指向的空间时未知的。
2.2.3 指针变量不再使用时，及时置 NULL ，指针使用之前检查有效性
当指针变量指向一块区域的时候，我们可以通过指针访问该区域，后期不再使用这个指针访问空间的时候，
我们可以把该指针置为 NULL 。因为约定俗成的⼀个规则就是：只要是 NULL 指针就不去访问，
同时使用指针之前可以判断指针是否为 NULL 。
我们可以把野指针想象成野狗，野狗放任不管是非常危险的，所以我们可以找一颗树把野狗拴起来，就相对安全了，
给指针变量及时赋值为 NULL ，其实就类似把野狗栓起来，就是把野指针暂时管理起来。
不过野狗即使拴起来我们也要绕着走，不能去挑逗野狗，有点危险；对于指针也是，在使用之前，我们也要判断是否为 NULL ，
看看是不是被拴起来起来的野狗，如果不是我们再去使用。
int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int *p = &arr[0];int i = 0;for(i=0; i<10; i++){*(p++) = i;}//此时p已经越界了，可以把p置为NULLp = NULL;//下次使⽤的时候，判断p不为NULL的时候再使⽤//...p = &arr[0];//重新让p获得地址if(p != NULL) //判断{//...}return 0;}
2.2.4 避免返回局部变量的地址
如造成野指针的第 3 个例子，不要返回局部变量的地址。
3. assert 断言
assert.h 头文件定义了宏 assert() ，用于在运行时确保程序符合指定条件，如果不符合，就报错终止运行。这个宏常常被称为“断⾔”。
assert(p != NULL);
上面代码在程序运行到这一行语句时，验证变量 p 是否等于 NULL 。如果确实不等于 NULL ，程序继续运行，否则就会终止运⾏，
并且给出报错信息提示。
assert() 宏接受⼀个表达式作为参数。如果该表达式为真（返回值非零），assert() 不会产⽣任何作用，程序继续运行。
如果该表达式为假（返回值为零）， assert() 就会报错，在标准错误流 stderr 中写入⼀条错误信息，显示没有通过的表达式，
以及包含这个表达式的文件名和行号。
assert() 的使用程序员是非常友好的，使用 assert() 有几个好处：它不仅能自动标识文件和出问题的行号，
还有⼀种无需更改代码就能开启或关闭 assert() 的机制。如果已经确认程序没有问题，不需要再做断言，
就在 #include <assert.h> 语句的前⾯，定义⼀个宏 NDEBUG 。
#define NDEBUG
#include <assert.h>
然后，重新编译程序，编译器就会禁用文件中所有的 assert() 语句。
如果程序又出现问题，可以移除这条 #define NDEBUG 指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启用了 assert() 语句。
assert() 的缺点是，因为引入了额外的检查，增加了程序的运行时间。
⼀般我们可以在 Debug 中使用，在 Release 版本中选择禁用 assert 就⾏，在 VS 这样的集成开发环境中，在 Release 版本中，
直接就是优化掉了。这样在 debug 版本写有利于程序员排查问题，在 Release 版本不影响用户使用时程序的效率。
4. 指针的使用和传址调用
库函数 strlen 的功能是求字符串长度，统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。
函数原型如下：
size_t strlen ( const char * str );
参数 str 接收⼀个字符串的起始地址，然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数，最终返回长度。
如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历，只要不是 \0 字符，计数器就 + 1 ，这样直到 \0 就停止。
参考代码如下：
int my_strlen(const char * str)
{int count = 0;assert(str); //防止传入的指针为空while(*str) //当 *str 不为 /0 进入循环{count++; //计数器 + 1str++; //将字符变更为下一个字符}return count; //返回计数器的数值
}int main()
{int len = my_strlen("abcdef");printf("%d\n", len);return 0;
}
4.2 传值调用和传址调用
学习指针的目的是使用指针解决问题，那什么问题，非指针不可呢？
例如：写⼀个函数，交换两个整型变量的值
⼀番思考后，我们可能写出这样的代码：
#include <stdio.h>void Swap1(int x, int y)
{int tmp = x;x = y;y = tmp;
}int main()
{int a = 0;int b = 0;scanf("%d %d", &a, &b);printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);Swap1(a, b);printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);return 0;
}
当我们运行代码，结果如下：
我们发现其实没产生交换的效果，这是为什么呢？
尝试调试，解决问题。
我们发现在 main 函数内部，创建了 a 和 b ，a 的地址是 0x00cffdd0 ，b 的地址是 0x00cffdc4，
在调⽤ Swap1 函数时，将 a 和 b 传递给了Swap1函数，在 Swap1 函数内部创建了形参 x 和 y 接收 a 和 b 的值，
但是 x 的地址是 0x00cffcec，y 的地址是 0x00cffcf0 ，x 和 y 确实接收到了 a 和 b 的值，
不过 x 的地址和 a 的地址不⼀样，y 的地址和 b 的地址不⼀样，相当于 x 和 y 是独⽴的空间，
那在 Swap1 函数内部交换 x 和 y 的值，自然不会影响 a 和 b ，当 Swap1 函数调⽤结束后回到 main 函数，
a和 b 的没法交换。
Swap1 函数在使用的时候，是把变量本身直接传递给了函数，这种调用函数的方式我们之前在函数的时候就知道了，这种叫传值调用。
结论：实参传递给形参的时候，形参会单独创建⼀份临时空间来接收实参，对形参的修改不影响实参。
所以 Swap1 是失败的了。
那怎么办呢？
现在要解决的就是当调用 Swap 函数的时候，Swap 函数内部操作的就是 main 函数中的 a 和 b ，直接将 a 和b的值交换了。
那么就可以使用指针了，在 main 函数中将 a 和 b 的地址传递给 Swap 函数，
Swap 函数里边通过地址间接的操作 main 函数中的a和b，并达到交换的效果就好了。
#include <stdio.h>void Swap2(int*px, int*py)
{int tmp = 0;tmp = *px;*px = *py;*py = tmp;
}int main()
{int a = 0;int b = 0;scanf("%d %d", &a, &b);printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);Swap2(&a, &b);printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);return 0;
}
将程序改进后，我们直接将变量 a 与 b 的地址传入进函数中，这次通过地址对变量进行更改，就不会再出现错误，
通过地址操作的空间与原变量是绑定的，不再是原变量的拷贝，在改变地址所指向的变量时，我们成功对原变量进行了更改。
看输出结果：
我们可以看到实现成 Swap2 的方式，顺利完成了任务，这里调用 Swap2 函数的时候是将变量的地址传递给了函数，
这种函数调用方式叫：传址调用。
传址调用，可以让函数和主调函数之间建立真正的联系，在函数内部可以修改主调函数中的变量；
所以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算，就可以采用传值调用。
如果函数内部要修改主调函数中的变量的值，就需要传址调用。
到此，第十二讲 - 深入理解指针（2）部分的内容到此结束
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