深度理解指针与内存

指针的概念

指针是一个特别的变量，它存储的是某块内存空间的地点值
地点的概念

每个数据都有自己的地点，每个地点存放一字节的数据。用下面的例子举例
int a[4]={1,2,3,4};
假设数组a的首地点是0x1000，则第一个元素 1 （元素 1 是int型，占4个字节）的存储方式如下：

内存地点	字节内容（十六进制）	分析
0x1000	0x01	最低有效字节（LSB）
0x1001	0x00
0x1002	0x00
0x1003	0x00	最高有效字节（MSB）

大部门计算机系统都采用小端存储模式，即数据低位字节放在低地点处，高位字节放在高地点处
数组中所有的元素在内存中的存储方式如下：

地点	内容（值）	分析
0x1000	1	a[0]（首元素）
0x1004	2	a[1]
0x1008	3	a[2]
0x100C	4	a[3]

数组名 a 其实就是数组首元素的地点（即 &a[0]），它本身不是一个变量，只是表示数组的起始地点
如果对 a 取地点（&a）得到的地点值与 a 类似，但类型差别：

• a 的类型是 int* （指向 int 的指针）
  
• &a 的类型是 int(*)[4]（指向长度为4的数组的指针）
  

int *p = a;
指针变量 p 指向数组首元素，相当于 指针p 的值为 0x1000，就是数组的起始地点
指针的大小

32位的系统上，地点长度就是32位，也就是4个字节。所以一个指针变量就是4个字节。 char *p; sizeof(p) = 4;
取地点& 解引用*

&a 的结果是一个指针，指针的类型就是 a 的类型加上 * ，指针指向的类型是 a 的类型，指针指向的地点是 a 的地点。
*p 的结果是 指针p 所指向的内容，这个内容可以是一个数值、字符串、数组、指针。
注意：
指针的类型决定：
1.指针算术运算的步长，即 p+1 移动的字节数。
2.解引用时，访问多少字节的数据
例如：

1. int a[10]={0x0101,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
3. int *p=a;
4. printf("%d %d",*p,*(p+4)); //打印257 4
5. printf("%d",*(char*)p); //打印1，（char*）类型强转只是告诉编译器：
6.                         //1.如何解释该地址处的数据（按一字节读取），从低位数据开始读
7.                         //2.指针算术的步长
8. char *p=a;
9. printf("%d %d",*p,*(p+4)); //打印1 1

复制代码

指针 与 数组

char *p = "abcde";
p：指针指向字符串开头，也就是第一个字节a的地点，sizeof(p)=4
p+1：指针指向了第二个字节b的地点，sizeof(p+1)=4
*p：指针所指向的内容，也就是第一个字节a，sizeof(*p)=1 p[0]：同上
&p：对指针变量 p 取地点，sizeof(&p)=4
&p+1：指针变量 p 的地点的下一个地点，然后将地点往后移动4个字节的大小（这里+1的步长是sizeof(char*)=4字节），sizeof(&p+1)=4
&p[0]+1：先取第一个字节a的地点，然后将地点向后移动1个字节的大小（这里+1的步长是sizeof(char)=1字节），得到p[1]的地点，也就是字符b的地点。sizeof(&p[0]+1)=4

int arr[5] = {1,2,3,4,5};
arr：表示整个数组，sizeof(arr)=5
arr+0：表示首元素的地点，sizeof(arr+0)=4
*arr：arr本质上是指向数组开头的指针，也就是指向第一个元素，*arr则是对第一个元素解引用，所以*arr=1，sizeof(*arr)=1
arr[1]：arr的第二个元素
&arr：对数组取地点，sizeof(&arr)=4
&arr+1：数组arr的地点的下一个地点，然后将地点往后移动4个字节的大小（这里+1的步长是sizeof(int*)=4字节），sizeof(&arr+1)=4
&arr[0]+1：取出第一个元素的地点，然后将地点向后移动4个字节的大小（这里+1的步长是sizeof(int)=4字节），sizeof(&arr)=4
内存的三种分配方式

1.静态内存分配（全局变量、静态变量、常量）
特点：

• 内存的分配和释放由编译器在编译阶段完成。
  
• 分配的内存在步伐整个生命周期内存在（直到步伐结束才释放）。
  

优点：

• 无需手动管理，生命周期明白。
  

缺点：

• 内存固定，无法动态调整大小。
  
• 大概浪费内存（未使用的静态内存无法释放）。
  

2.栈内存分配（函数内的局部变量、函数参数）
特点：

• 内存的分配和释放由编译器自动管理（通过函数调用栈）。
  
• 分配的内存随函数调用结束自动释放（局部变量的生命周期）。
  

优点：

• 分配速度快（仅移动栈指针）。
  
• 无需手动管理，内存自动回收。
  

缺点：

• 内存大小固定（栈空间有限，默认几MB）。
  
• 大对象大概导致栈溢出（如大数组 int arr[1000000]）。
  

3.堆内存分配（动态大小的数据结构（链表、数组）、需要长期存在或跨函数使用的数据）
特点：

• 内存的分配和释放由步伐员手动控制（通过 malloc, calloc, free 等函数）。
  
• 内存生命周期完全由代码逻辑决定。
  

优点：

• 内存大小灵活（按需分配）。
  
• 生命周期可控。
  

缺点：

• 分配速度较慢（需查找可用内存块）。
  
• 需手动管理，易导致内存走漏（忘记 free）或野指针。
  

常用的动态内存分配函数：

• malloc：用于分配指定大小的内存块，返回指向该内存块起始地点的指针。如果分配失败，返回空指针（NULL）。
  
• calloc：与malloc类似，但它还会将分配的内存块初始化为零。函数原型：void* calloc(size_t num_elements, size_t element_size);。
  
• realloc：用于重新分配已经分配的内存块大小，可以扩大或缩小内存块。函数原型：void* realloc(void* ptr, size_t new_size);。
  
• free：用于释放动态分配的内存块，将该内存块返回给堆，以便其他步伐可以使用。函数原型：void free(void* ptr);。
  

函数	功能	初始化	特别性
malloc	分配未初始化内存	无	基础分配函数
calloc	分配并初始化为零	全零	适合数组初始化
realloc	调整已分配内存的大小	无	大概移动内存块
free	释放内存	N/A	必须与分配函数成对使用

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