C 语言学习笔记（指针1）

内容提要

• 函数
  • 变量的作用域
  • 变量的生命周期
• 指针
  • 预备知识
  • 变量指针与指针变量

函数

变量的作用域

引入问题

我们在函数设计的过程中，经常要考虑对于参数的设计，换句话说，我们需要考虑函数需要几个参数，需要什么类型的参数，但我们并没有考虑函数是否需要提供参数，如果说函数可以访问到已定义的数据，则就不需要提供函数形参。那么我们到底要不要提供函数形参，取决于什么？答案就是变量的作用域（如果函数在变量的作用域范围内，则函数可以直接访问数据，无需提供形参）

变量作用域

**概念：**变量的作用范围，也就是说变量在什么范围有效。

变量的分类

根据变量的作用域不同，变量可以分为：

• 全局变量

  • 解释：定义在函数之外，也称之为外部变量或者全程变量。

  • 作用域：从全局变量定义本源文件结束。

  • 初始值：整型和浮点型，默认值是0；字符型，默认值是\0；指针型，默认值NULL

  • 举例：

    int num1;         // 全局变量，num1能被fun1、fun2、main共同访问
    void fun1(){}
    int num2;        // 全局变量，num2能被fun2、main共同访问
    void fun2(){}
    void main((){}
    int num3;        // 全局变量不能被任何函数访问
    

• 局部变量

  说明	作用域	初始值
  形式参数（形参）	函数作用域	随机值，需要手动赋初值
  函数内定义的变量	函数作用域	随机值，需要手动赋初值
  复合语句中定义的变量	块作用域	随机值，需要手动赋初值
  for循环表达式1定义的变量	快作用域	随机值，需要手动赋初值

  举例：

  //a,c就是形式参数（局部变量）
  int add(int a, int b)
  {return a + b;
  }int add2(int a, int b)
  {//z就是函数定义的变量（局部变量）int z = a + b;return 0;
  }int list(int arr[], int len)
  {//i就是for循环表达式1的变量（局部变量）for(int i = 0; i <len; i++){//num就是复合语句中定义的变量（局部变量）int num = arr[i];}
  }
  

使用全局变量的优缺点

优点：

1.利用全局变量可以实现一个函数对外输1.利用全局变量可以实现一个函数对外输出的多个结果数据。

2.利用全局变量可以减少函数形参的个数，从而降低内存消耗，以及因为形参传递带来的时间消耗

缺点:

1.全局变量在程序的整个运行期间，始终占据内存空间，会引起资源消耗。

2.过多的全局变量会引起程序的混乱，操作程序结果错误。

3.降低程序的通用性，特别是当我们进行函数移植时，不仅仅要移植函数，还要考虑全局变量。

4.违反了“高内聚，低耦合"的程序设计原则。

总结:我们发现弊大于利，建议尽量减少对全局变量的使用，函数之间要产生联系，仅通过实参+形参的方式产生联系。

作用域举例

注意：

如果全局变量和局部变量同名，程序执行的时候，就近原则（区分作用域）

int a = 10; //全局变量  全局作用域int main()
{int a = 10; //局部变量  函数作用域printf("%d\n", a);  // 20 就近原则for(int a = 0; a < 5; a++)  //局部变量 块作用域{printf("%d", a); //0 1 2 3 4  就近原则}printf("%d\n", a); // 20 就近原则
}

变量的生命周期

定义

**概念:**变量在程序运行中的存在时间（内存申请到内存释放的时间）

根据变量存在的时间不同，变量可分为**静态存储方式和动态存储方式**

变量的存储类型

语法：

变量的完整定义格式：[存储类型] 数据类型 变量列表;

存储类型：

• auto

  autoauto存储类型只能修饰局部变量，被auto修饰的局部变量是存储在动态存储区(栈区和堆区)。auto也是局部变量默认的存储类型。

  int main()
  {int a;int b;//以下写法等价于上面写法auto int a;auto int b;int a,b;//一下写法等价于上面写法auto int a,b;
  }
  

• static
  **修饰局部变量：**局部变量会被存储在静态存储区。局部变量的生命周期被延长。但是作用域不发生改变，不推荐

  **修饰全局变量：**全局变量的生命周期不变，但是作用域衰减，一般限制全局变量只能在本源文件内访问，其他文件不可访问。

  **修饰函数：**被static修饰的函数，只能被当前文件访问，其他引用该文件的文件是无法访问的，有点类似于java中的private

• extern

  外部存储类型:只能修饰全局变量，此全局变量可以被其他文件访问，相当于扩展了全局变量的作用域。

  extern修饰外部变量，往往是外部变量进行声明，声明该变量是在外部文件中定义的。起到一个标识作用。函数同理。

  demo01.c

  #include "demo01.h"int fun_a = 10;
  int fun1(){..}
  

  demo02.c

  #include "demo01.h"// 声明访问的外部文件的变量
  extern int fun_a;
  //声明访问的外部文件的函数
  extern int fun1();int fun2();
  

• register

  **寄存器存储类型：**只能修饰局部变量，用register修饰的局部变量会直接存储到CPU的寄存器中，往往将循环变量设置为寄存器存储类型（提高读的效率）

  for(register int i = 0; i < 10; i++)
  {...
  }
  

面试题

static关键字的作用
1.static修饰局部变量，延长其生命周期，但不影响局部变量的作用域。

2.static修饰全局变量，不影响全局变量的生命周期，会限制全局变量的作用域仅限本文件内集用（私有化）;

3.static修饰函数:此函数就称为内部函数，仅限本文件内调用（私有化）。`static int funa(){…}

内部函数和外部函数

• **内部函数:**使用static修饰的函数，称作内部函数，内部函数只能在当前文件中调用。
• **外部函数:**使用extern修饰的函数，称作外部函数，exter是默认的，可以不写(区分编译环境)，也就是说本质上我们缩写的函数基本上都是外部函数，建议外部函数在被其他文件调用的时候，在其他文件中声明的时候，加上extern关键字，主要是提高代码的可读性。

指针

预备指示

内存地址

• 字节：字节是内存的容量单位，英文名Byte, 1Byte = 8 Bits

• 地址：系统为了便于区分灭一个字节而对他们逐一进行的编号（编号唯一），称为内存地址，简称地址。

  

基地址（首地址）

• 单字节数据：对于单字节数据而言，其地址就是其字节编号。举例：char a = ‘A’

• 多字节数据：对于多字节数据而言，其地址就是所有字节中编号最小的那个，称为基地址（首地址）

  

取址符

• 每个变量都是一块内存，都可以通过取地址符&获取其地址。

• 例如

  int a = 100;
  printf("整型变量a的地址：%p\n", &a); //0x7ffe382a8114   64位系统 地址是12位16进制整数
  char c = 'x';
  printf("字符变量c的地址：%p\n", &c); //0x7ffdf5482af3
  

• 注意：

  • 虽然不同的变量的尺寸是不同的，但是他们的地址的尺寸是一致的。
  • 不同的地址虽然形式上看起来是一样的，但由于它们代表的内存尺寸和类型都不同，因此他们在逻辑上是需要严格区分。

为什么要修改指针

• 为函数修改实参提供支持。
• 为动态内存管理提供支持。
• 为动态数据结构(链表、队列、二叉搜索树)提供支持。
• 为内存访问提供了另一种途径。

变量指针的指针变量

指针的概念

内存单元与地址机制

• 内存单元划分
  • 系统将内存划分为连续的基本存储单元，每个单元的容量为1字节（8 Bits）
  • 每个内存单元拥有唯一编号，称为内存单元（12位16进制表示，如：0x7ffe382a8114）
• 变量的存储特性
  • 变量根据数据类型占据不同的数量的内存单元：
    • char 类型占1字节(1个单元）
    • int 类型占4字节（4个单元）
    • double 类型占8字节（8个单元）
  • 变量的**基地址（首地址）**是首个内存单元的地址（首地址一般是这一组编号中最小的那个）

变量指针与指针变量

对比维度	变量指针	指针变量
本质	地址值（指指针），变量指针，其实就是变量的首地址	存储地址的变量
操作符	&（取地址符）	*（声明符，解引用符，如int *p;）
代码示例	&a（获取变量a的地址）	int* p = &a；
核心特性	不可修改（地址由系统分配）	可修改指向（p = &b;）

指向

指针变量中存放谁的地址，就说明该指针变量指向了谁。

指针的尺寸

系统类型	指针尺寸	地址位数	十六进制显示长度
32位系统	4字节（long）	32Bit	8位（0x0804A000）
64位系统	8字节（long）	48Bit	12位（0x7FFDEADBEEF）

小贴士:
Linux系统中打印地址时，最多显示12个十六进制数，为什么?

Linux64位操作系统中，一个内存地址占8个字节，一个字节8bit位，所以一个地址8 * 8=64bit位,每4个bit可以表示1个十六进制数; 64个bit位用十六进制表示最多有16个数值位

系统为了寻址方便，默认当前计算机系统没必要寻址64bit位，只寻址了48个bit位，所以用12个十六进制数表示个地址

二进制: 0100 1010 十六进制: 0x4A 4 * 16+10=74

注意: 在Linux64位操作系统中，指针类型的变量占8个字节的内存空间 在Linux32位操作系统中，指针类型的变量占4个字节的内存空间

指针的本质

• 变量指针：数据的“门牌号”（&a）
• 指针变量：存储门牌号的“笔记本”（int *p;）（int *p; 指针变量存储的地址所指向的对象的类型是int类型，不能说指针变量是int类型）
• 指向操作：通过门牌号访问数据（*p）

int a = 10;
printf("%d\n", a);  //直接访问a的值int *p = &a;
printf("%p\n", p);  //直接访问p的值，p的值是a的地址
printf("%d\n", *p); //访问p指向的a的值，其实就是间接访问a的值

内存数据的存取方式

在C语言中对内存数据（变量、数据元素等）的存取有两种方式：

直接存取

• 通过基本类型（整型、浮点型、字符型）的变量，访问这个变量代表的内存空间的数据

• 通过数组元素的引用(下标)，访问这个引用代表的内存空间的数据

  //基本类型变量
  int a = 10;              //存
  printf("%d\n", a);       //取//数组元素
  int arr[] = {11,22,33};  //存
  arr[0] = 66;             //存
  printf("%d\n",arr[0]);   //取
  

间接存取

• 通过指针变量，间接的访问内存中的数据。

  

• *：读作指针声明符或者解引用符。如果*前面有数据类型，读作**声明指针；**如果*前没有数据类型，读作解引用。

案例

int main()
{//定义一个普通变量int a = 3;//定义一个指针变量，并附值（指针变量本质上还是一个变量，只不过存储的数据是其他变量的地址）int* p = &a; //这里的地址一定要有其在内存中对应的空间//访问变量a，直接访问printf("直接访问-%d\n", a);//访问变量a，通过指针变量p访问，间接访问printf("间接访问-d\n", *p); //*p 解引用  用过指针变量访问其指向的对象//访问变量p，p存储的是变量a的值，所以p的值是一个地址printf("地址访问-%p，%p，%p\n", p, &p, &a); // a的地址 p的地址 a的地址return 0;
}

指针变量的定义

语法：

数据类型 *变量列表;

举例：

int a; // 普通变量，拥有真实的数据存储空间
//正确写法
int *p1；
int *p2；
int *p3，*p4；//错误写法
int* p_5,p_6;

注意：指针变量的值只能是8（32位系统）| 12（64位系统）位的十六进制数。

注意：

①虽然定义指针变量*a，是在变量名前加上*，但是实际变量名依然为a，而不是*a

②使用指针变量间接访问内存数据时，指针变量必须要明确指向。（指向：指针变量存放谁的地址，就指向谁）

③ 如果想要借助指针变量间接访问指针变量保存的内存地址上的数据，可以使用指针变量前加*来间接返回访问。

#include <stdio.h>
int main()
{int i=5，*p;p=&i; //将i的地址赋值给指针变量pprintf("%x,%p,%\n",P,p,&p); // %p-p:访问的是p的值，也就是i的地址;%p-&p:访问的是p自身的地址printf("%d\n",*p);// 5*p= 10;//间接的给p对应的地址上的数据空间赋值，也就是给变量i赋值printf("%d,%d\n",*p,i);// 10,10return 0;
}

④指针变量只能指向同类型的变量，借助指针变量访问内存，一次访问的内存大小是取决于指针变量的类型。

int a = 10;
int **p = &a; //这里的int是指针比变量p指向的对象啊的数据类型，不是p的类型

⑤指针变量在定义时间可以初始化，这一点和普通变量一致（指针变量本质上还是变量）。

int a = 5;
int *p = &a;  //定义指针变量的同时初始化
printf("%d\n", *p); //5int b;
int *p1 = &b; //指针初始化的时候，不需要关注指向的对象有没有赋值
printf("%d\n", *p1); //随机值 

指针变量的使用

使用

• 指针变量的赋值

  //方式1
  int a, *p;
  p = &a;    //先定义，后赋值//方式2
  int a1, *p1, *q1 = &a1;  //定义未初始化
  p1 = q1;   //变量的赋值，将q1的值赋给p1，此时p1和q1都指向了a1
  

• 操作指针变量的值

  int a, *p, *q = &a;
  p = q;    //变量的赋值，将q的值赋给p，此时p和q都指向了aprintf("%p\n", p); //访问p的值，也就是a的地址
  

• 操作指针变量指向的值

  int a = 6, *q = &a, b = 25;
  *q = 10;   //赋值操作，修改q指向的a的值
  printf("%d,%d\n", *q, a); //10 , 10q = &b;    //赋值操作，给指针变量p重新赋值，此时p指向b
  printf("%d,%d\n", *q, a); //25 , 10
  

指针运算符的使用

• &:取地址符。&a是获取变量a的地址值，这个是变量指针
• *:指针运算符、间接访问运算符，*p是指针变量p指向的对象的值。这个是指针变量。

案例

案例1

• 需求：通过指针变量访问整型变量

• 分析：

  

• 代码：

  #include <stdio.h>int main()
  {int a = 3, b = 4, *p1 = &a, *p2 = &b;printf("a=%d,b=%d\n", *p1, **p2); //a=3，b=4return 0；
  }
  

案例2

• 需求：声明啊a,b两个变量，使用间接存取的方式实现数据的交换。

• 分析：

  

• 指针指向改变，指向对象的值不变

  int main()
  {int a = 3, b = 4, *p_a = &a, *p_b = &b, *p_t;printf("交换前：%d,%d,%d,%d\n",*p_a,*p_b,a,b);  //交换前：3,4,3,4//交换指针指向p_t = p_a;p_a = p_b;  //p_a指向b  ---  4p_b = p_t; // p_b指向a  ---  3printf("交换后：%d,%d,%d,%d\n",*p_a, *p_b, a, b); //交换后：4,3,3,4return 0;
  }
  

  总结：此时改变的只是指针的指向，原始变量a，b中数据并没有发生改变。

• 指针指向不变，指向对象的数据改变

  int main()
  {int a = 3, b = 4, *p_a = &a, *p_b = &b, temp;printf("交换前：%d,%d,%d,%d\n",*p_a,*p_b,a,b);  //交换前：3,4,3,4//交换指针指向temp = *p_a;*p_a = *p_b;  //*p_a = 3  ----->  *p_a = 4*p_b = temp; // *p_b = 4  ----->  *p_b = 3printf("交换后：%d,%d,%d,%d\n",*p_a, *p_b, a, b); //交换后：4,3,3,4return 0;

  总结:此时改变的是原始变量，原始变量a，b中数据发生了改变。

案例3

• 需求：输入a,b两个整数，按先大后小的顺序输出a和b。

• 分析
  

• 代码：指针指向改变，指向对象的值不变

  int main()
  {inta=3,b=5,*pa=&a,*pb= &b, *p t;if(a < b){p_t= p_a; // p_t指向aP_a= p_b; // p_a指向bp_b= p_t; // p_b指向a}printf("按从下到大的顺序输出a,b的值:%d > %d\n"，*p_a，*p_b);return 0;
  }