C指针总结

       C语言以其灵活性，从第一个标准直到现在，得到了广泛的应用。因为其贴近底层，能最大限度的将程序员从机器代码中解脱出来。但也因其语言的灵活性，使这成为一门较有难度的语言。而其完全相信程序员，将一切交与程序员处理的思想，也让很多不熟悉计算机原理的程序员大呼C语言的晦涩。

       今天我总结了部分C指针的资料，为自己学习，记录于此，也希望对别人有帮助。

一、指针简单介绍：

       指针不仅在C语言中，在更底层的汇编语言，机器语言中也使用很广泛。说到底，即是指向内存中某个单元（一般每个单元为8bits = 1Byte），这个位置可以是数据，比如说一个整型数据，或者一个字符串，或者一个整型数组，结构体；也可以是一段可以运行的机器代码，机器代码也像数据一样，存储在内存单元中，而这些代码也可以看作一些数据，只看你怎么解析，是数据，还是可执行的代码。

       已经知道指针是什么了，那么指针也是需要一块空间来存储的，这个空间有多少？首先指针必须能寻找到整个内存的所有单元。对于32位程序来说，其虚拟内存空间有4GB（2^32 bytes），对于64位程序来说，其虚拟内存空间有16TB * 2^20（2^64，但一般用不了这么多）。于是在一个32位程序中，4bytes的空间足以覆盖整个虚拟内存，64位程序需要8bytes。现在我们通俗点描述指针：指针是一块内存空间（其大小必须能将整个虚拟内存地址编码进去），这块空间的值是标示一个内存单元地址的。

二、指针类型：

       指针功能只是能标识一个内存地址，至于指向的这块内存到底是个什么数据类型，有什么数据，则需要用户指定，于是才出现了指针类型。其作用就是告诉编译器，指向的内存到底有多大（int 4bytes，long 4或8bytes，结构体A有sizeof（A）大小，指向的若是指针类型，则有4或8bytes。），需要怎么解析这部分数据。

int temp = 0x01020304; /* we assume it 4 bytes. */
char* ptr = (char*) &temp; /* explicitly convert it to char* */
for (i = 0; i < 4; ++ i)
printf ("%d ", ptr [i]);

       以上代码定义了一个temp类型，在小端字节序下，其内容从低位到高位依次是0x01、0x02、0x03、0x04。现在定义了一个char指针，可以通过使用这个指针逐个字节访问temp内容，可读也可写，这里打印出了4个字节的内容。
       指针长度，在同一台计算机上，同一种目标代码（32或64 bits），都是一样的。无论其类型是什么，即无论其指向的内存块是什么数据格式。类型本身只告诉编译器这块内存如何解读，这块内存总大小。

注意： void 类型的指针表示任意类型，但因其是void类型，即是没有类型的，所以编译器也不知道其指向内存大小是什么，怎么解析，我们不能用取值符* 将值取出来，要使用时，需进行强制转换。

三、指针运算：

        当指针声明类型后，如上一部分所说，告诉了编译器内存解析方法，指向内存大小，还告诉了编译器，其步进的长度。步进只是在指针上施加加法或者减法运算。以下部分我全部假设指针大小为4 bytes，我们不妨将指针的内容，不是指向的内容看作是整数类型（当然，若你想将之看作float或者4bytes长度的char*也行，但我保证这没有整数看起来明显）。

（1）加法，减法：指针只能与整数做加法，不能两个指针做加法，也可以是整型变量。

int temp = 0x01020304; /* 4bytes. */
char* ptr = (char*) &temp; /* explicitly convert it to char* */
int* int_ptr = &temp;
ptr += 1; /* addr + 1 */
int_ptr += 1; /* addr + 4 */

       此处我们假设temp的第一字节个内存地址位0x0001，则第二个字节内存地址位0x0002，第三个第四个分别为0x0003, 0x0004。当我们在char指针上做加法时，ptr + 1 得到0x0002。但是若再int指针上做加法，int_ptr + 1得到的值却不是0x0002，而是0x0005，也就是说，用int指针做整数加法，步进了int长度4。
      现在我们可以总结一下了，在指针上做整数加法，真正得到的地址 = 原来地址 + sizeof (指针类型) * 欲加的整数。此处地址值，就是指针内容，都是按整数表示的，这样看起来更直观。加法如此，减法也是同样的道理了。

（2）赋值：

       C中各个指针之间都可以随意转换，因为都是4bytes类型，看作int。但有的编译器在指针出现隐式转换时，可能会产生警告或者直接终止编译。这时候最好写一个强制转换，或者调整编译器选项。这在C++中尤其要注意。

       除此之外，C指针的值甚至可以直接硬编码，但也可能会在编译时警告（如GCC）或者直接终止。而且很多时候这样写在运行期很容易断错误。

（3）位云算，逻辑运算：

       将指针看作int，位云算与逻辑运算也即像整数运算一样。

       注意：指针指向的位置是否可读可写，与运行时进程结构和对虚拟内存管理有关，如x86_64平台上的Linux，进程将内存分页，每页有页描述符，其中标示了这个页到底是可读，可写，还是可执行，或者兼而有之。当是不可写的，则写入会出现运行时中断，当是可执行的（这一般是代码段），一般也不允许写入。

        C语言中的NULL是一个宏，一般定义如下：

#define NULL ((void*) 0)

有时候也会看到一些书上如是写： int * ptr = 0; 意思差不多，但多了一个强制转换。

四、一些较复杂的C指针定义：

首先解释一下，一般const关键字总是修饰靠近它右侧的东西。[]取值符的优先级比*的有限级高，一般先结合左面。

（1）const int  *ptr ：const 右侧是int，即是修饰int的，再看*号，*号右结合，结合ptr，说明ptr是指针类型，现在便能看到，ptr是一个指针，指向类型为const int；也就是说，ptr不可以改变指向内容的值，但可以读取。

注意： const int *ptr指向的类型是const int，但也能传入int类型的地址。不过还是不能修改，只读指针；

             int* ptr 指针可以接收const int 类型的地址，将之理解为指针类型转换，并且可以通过这个指针修改const int的值，所以不安全，有的编译器只是爆出警告；

             const int* ptr 指针可以被另一个指针赋值，也就是说const不是修饰ptr的。

const int data = 20;
int data2 = 32;
const int* ptr = &data;
int* ptr1 = &data;
ptr = &data2;
// (*ptr) ++; // error.
(*ptr1) ++;

（2）int* const ptr：const右边是ptr，用来修饰ptr，之后有个*右结合，结合const ptr，或者理解成结合ptr，这样ptr就是一个指针，指向类型为int。因为const修饰ptr，所以ptr在初始定义后，就不能被其他指针赋值了。因为指针内容不可改变（4bytes的指针空间，不是指针指向的空间）。
（3）const int* const ptr ：ptr指向类型为const int，有const修饰ptr，所以是只读指针，不能通过指针改变指向内容的值。

（4）int* ptr
：N是常量或常量表达式，且不能省略，若想使用如下的写法：

int* ptr [] = malloc (sizeof (int*) * 20); // 20 elements. error in initializing.

       是错误的，除非使用int** ptr；
       根据优先级，[ ]先结合左边的ptr，也即是说ptr是个数组，那类型即是int*，所以这个就是指针的数组，按刚才的声明 int * ptr [ 3]；的大小应该是3 * sizeof (int*) = 3 * 4

（5）const int* ptr
：N是常量或者常量表达式，且不能省略，是一个储存const int 指针的数组。

（6）const int* const ptr
：常量指针的数组，指针类型为const int。

（7）int (*ptr)
：先看优先级，括号中的优先级最高，ptr是指针，之后是指向int
类型的指针，即是指向有N 个元素的int类型数组的指针，有点拗口……你不妨这样理解，将之看作是int
(*ptr)，只是这样的写法C中是没有的，起码目前比较流行的GCC和VC都不支持这样写，切记！

int i = 0;
int data
= {1, 2, 3};
int datas [] = {1, 2, 3, 4}
int (*ptr)
= &data;
for (; i < 3; i ++)
printf ("%d ", (*ptr)[i]);
ptr = &datas;

（8）const int (*ptr)
：指向数组元素个数是N的指针，元素类型为const int。指向N + x 大小的数组也行，只是会警告，或者有的编译器可能无法通过编译。
（9）const int (* const ptr)
：有const 修饰ptr，其他和（8）一样。

（10）rtn_type (*funcptr) (params ...)：函数指针的构造，rtn_type为返回值，funcptr是指针名字，后面一个括号中写参数表；函数指针是个只读指针，不能将值赋给指向的内存，因为指向部分为进程中的代码段，这类区域一般只是可读可执行不可写，但这个检测可能不是在编译时完成的，可能是程序运行时期由操作系统发出的错误中断。

       呃，好吧，要是上面的都理解了，可以看看这个构造，保证恶心：

const int* (*complex_ptr) (const int (* const)
, const int (* const)
) = NULL;

可以自己分析分析啊……

实验平台：4.0.0-kali1-amd64 #1 SMP Debian 4.0.4-1+kali2 x86_64

gcc version 4.9.2 (Debian 4.9.2-10)