指針與內(nèi)存管理

指針與內(nèi)存管理靜態(tài)/全局內(nèi)存靜態(tài)聲明的變量分配在這里全局變量也使用這部分內(nèi)存這些變量在程序開始運(yùn)行時(shí)分配，直到程序終止才消失，所有函數(shù)都能訪問(wèn)全局變量，靜態(tài)變量的作用域局限在定義他們的函數(shù)內(nèi)部。自動(dòng)內(nèi)存這些變量在函數(shù)內(nèi)聲明，并且在函數(shù)被調(diào)用時(shí)才創(chuàng)建，它們的作用域局限于函數(shù)內(nèi)部，而且生命周期限制在函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間內(nèi)。動(dòng)態(tài)內(nèi)存內(nèi)存分配在堆上，可以根據(jù)需要釋放，而且直到釋放才消失指針引用分配的內(nèi)存，作用域局限于引用內(nèi)存的指針。指針變量包含內(nèi)存中別的變量、對(duì)象或函數(shù)的地址。指針本身并沒有包含所引用數(shù)據(jù)的類型信息，只包含地址。示例1：同為打印指針數(shù)組第二個(gè)元素第二個(gè)字母，但數(shù)組方式表達(dá)更簡(jiǎn)潔。char*names[]={"MillerVJones","Anderson"};printf("%c\n",*(*(names+1)+2));//這里需把names看作二級(jí)指針，即names存放的是字符串?dāng)?shù)組的首地址，而*names內(nèi)容為指針數(shù)組第一個(gè)元素的首地址。printf("％c\n”,names[1][2]);使用指針可能出現(xiàn)的問(wèn)題：訪問(wèn)數(shù)組和其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)越界自動(dòng)變量消失后被引用堆上的內(nèi)存釋放后被引用內(nèi)存分配之前解引指針注：1.若指向未初始化的指針，指針內(nèi)容可能并不是一個(gè)合法的地址，就算是合法地址，也可能沒包含合法的數(shù)據(jù)，程序沒有權(quán)限訪問(wèn)不合法地址。不初始化也可以使用指針，但盡快初始化指針是好習(xí)慣如何區(qū)分常量指針和指針常量：答案是倒過(guò)來(lái)讀（理解），如constint*p；int*constp；//倒過(guò)來(lái)讀很好區(qū)分注：1.整型不能賦值給指針，但可以賦值為0，如：int*p=0，原因是0被重載了虛擬內(nèi)存和指針程序使用的是虛擬內(nèi)存，操作系統(tǒng)會(huì)在需要時(shí)把虛擬地址映射到物理內(nèi)存地址。Constint*const*p為雙重指針，即指向“指向常量的常量指針”左值：指的是賦值操作符左邊的操作數(shù)，所有的左值都必須可以修改，因?yàn)樗鼈儠?huì)被賦值。Null的概念：NULL的定義：#defineNULL（（void*）0）Void指針：通用指針，用來(lái)存放任何數(shù)據(jù)類型的指針，但只能用作數(shù)據(jù)指針，不能用作函數(shù)指針。注：l.void指針具有與char指針相同的形式和內(nèi)存對(duì)齊方式void指針和別的指針永遠(yuǎn)不會(huì)相等，不過(guò)兩個(gè)賦值為NULL的void指針相等。sizeof可以用在void*上，不能用在void上全局和靜態(tài)指針：指針被聲明為全局或靜態(tài)，就會(huì)在程序啟動(dòng)時(shí)被初始化為NULL。存放在堆中。指針的算術(shù)運(yùn)算：指針加法：給指針加上一個(gè)整數(shù)，實(shí)際上加的數(shù)是這個(gè)整數(shù)和指針數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)字節(jié)數(shù)的乘積示例2:intvector[]=(28,41,7};Int*pi=vector;//若pi=100Printf("％d\n”,*pi);輸出28Pi+=1;//pi=104Printf("％d\n”,*pi);//輸出41注：a.對(duì)于short類型的指針，加1時(shí)實(shí)際上地址值加2，char型則加1指針減法和加法運(yùn)算一樣兩指針可以相減，也可以進(jìn)行比較，但通常沒什么用，可以用來(lái)判斷數(shù)組中元素的順序。Malloc動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配：示例3:int*pi=(int*)malloc(sizeof(int));*pi=5;printf("％d\n”,*pi);free(pi);注：malloc和free必須成對(duì)使用，指針釋放過(guò)后就不應(yīng)該再去訪問(wèn)，通常將釋放后的指針賦值為NULL若分配的內(nèi)存沒有釋放則會(huì)造成內(nèi)存泄漏靜態(tài)、全局指針和malloc:初始化靜態(tài)或全局變量時(shí)不能調(diào)用函數(shù)，如下面這句就會(huì)報(bào)錯(cuò)。Staticint*pi=malloc(sizeof(int));對(duì)于靜態(tài)變量，可以通過(guò)在后面用一個(gè)單獨(dú)的語(yǔ)句給變量分配內(nèi)存來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題。如：Staticint*pi；Pi=malloc(sizeof(int));但是全局變量不能用單獨(dú)的賦值語(yǔ)句，因?yàn)槿肿兞渴窃诤瘮?shù)和可執(zhí)行代碼外部聲明的，而賦值語(yǔ)句這類代碼必須出現(xiàn)在函數(shù)中注：在編譯器看來(lái)，作為初始化操作符的=和作為賦值操作符的=不一樣。使用calloc函數(shù)：Calloc會(huì)在分配內(nèi)存的同時(shí)清空內(nèi)存。Int*pi=calloc(5,sizeof(int));//第一個(gè)參數(shù)為數(shù)量，第二個(gè)參數(shù)為類型占用字節(jié)數(shù)迷途指針：如果內(nèi)存已經(jīng)釋放，而指針還在引用原始內(nèi)存。這樣的指針就叫做迷途指針。注：visualstudio會(huì)在釋放內(nèi)存后用0xCC、0xCD或者0xDD復(fù)寫數(shù)據(jù)。在不拋出異常的情況下，如果在預(yù)期之外的地方看到這些值，可以認(rèn)為程序可能在訪問(wèn)已經(jīng)釋放的內(nèi)存。程序棧：是支持函數(shù)執(zhí)行的內(nèi)存區(qū)域，通常和堆共存，也就是說(shuō)它們同享同一塊內(nèi)存區(qū)域，程序棧通常占據(jù)這塊區(qū)域的下部而堆則占用上部。程序棧存放棧幀棧幀存放函數(shù)參數(shù)和局部變量，堆管理動(dòng)態(tài)內(nèi)存。調(diào)用函數(shù)時(shí)，會(huì)創(chuàng)建函數(shù)的棧幀并將其推到程序棧上，函數(shù)返回時(shí)，其棧幀從程序棧彈出。系統(tǒng)在創(chuàng)建棧幀時(shí)，將參數(shù)以跟聲明相反的順序推到幀上，最后推入局部變量。函數(shù)中的塊語(yǔ)句被當(dāng)作“微函數(shù)”，會(huì)在合適的時(shí)機(jī)（執(zhí)行時(shí)）被推入棧和從棧中彈出。通過(guò)指針傳遞和返回?cái)?shù)據(jù)：傳遞指針可以讓多個(gè)函數(shù)訪問(wèn)指針?biāo)玫膶?duì)象，而不用把對(duì)象聲明為全局可訪問(wèn)。用指針傳遞數(shù)據(jù)的一個(gè)主要原因是函數(shù)可以修改數(shù)據(jù)。通過(guò)傳遞一個(gè)指向常量的指針可以使用指針傳遞數(shù)據(jù)并禁止其被修改。而當(dāng)數(shù)據(jù)是需要被修改的指針時(shí)就傳遞指針的指針（兩級(jí)指針，注：用值傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，不能改變實(shí)參的值，因?yàn)樾薷男螀⒉粫?huì)影響實(shí)參。返回指針可能存在的問(wèn)題：返回未初始化的指針?lè)祷刂赶驘o(wú)效地址的指針?lè)祷鼐植孔兞康闹羔樂(lè)祷刂羔樀珱]有釋放內(nèi)存（使用malloc在函數(shù)內(nèi)部分配內(nèi)存并返回地址，調(diào)用者負(fù)責(zé)釋放返回的內(nèi)存。)傳遞指針的指針：將指針傳遞給函數(shù)時(shí)，傳遞的是值。如果想要修改原指針而不是指針的副本，就需要傳遞指針的指針。同傳遞值一樣，只傳遞一個(gè)指針是不能改變其值的，相當(dāng)于改變了形參。示例4:voidallocArray(int**arr,intsize,intvalue)(*arr=(int*)malloc(size*sizeof(int));If(*arr!=NULL)(for(inti=0;i<size;i++)(*(*arr+1)=value;}}}Int*vector=NULL;allocArray(&vector,5,45);函數(shù)指針：指持有函數(shù)地址的指針，這為我們以編譯時(shí)未確定的順序執(zhí)行函數(shù)提供了一種選擇，而不需要使用條件語(yǔ)句。聲明示例：void(*fo)(int)；調(diào)用時(shí)直接將函數(shù)名傳遞給函數(shù)指針。傳遞函數(shù)指針示例：示例5:intadd(intnum1,intnum2)(returnnum1+num2;}Intsubstract(intnum1,intnum2)(returnnum1-num2;}Typedefint(*fptrOperation)(int,int);Intcompute(fptrOperationoperation,intnum1,intnum2)(returnoperation(num1,num2)}Printf("％d\n”,compute(add,5,6));Printf("％d\n”,compute(substract,5,6);返回函數(shù)指針：返回函數(shù)指針需要把函數(shù)的返回類型聲明為函數(shù)指針。示例6:fptrOperationselect(charopcode)(switch(opcode)(case‘+’:returnadd;Case‘-‘:returnsubstract;}}Intevaluate(charopcode,intnum1,intnum2)(fptrOperationoperation=select(opcode);Returnoperation(num1,num2);Printf("％d\n”,evaluate(‘+’,5,6));Printf("％d\n,evaluate(‘-‘,5,6));指針和數(shù)組：數(shù)組和指針表示法緊密關(guān)聯(lián)，在合適的上下文可以互換。盡管數(shù)組名字有時(shí)候可以當(dāng)作指針來(lái)使用，但數(shù)組的名字不是指針。數(shù)組表示法和指針可以一起使用，但兩者明顯不同也不一定能互換，比如說(shuō)，盡管數(shù)組使用自身的名字可以返回?cái)?shù)組地址，但是名字本身不能作為賦值操作的目標(biāo)。注：1.數(shù)組是能用索引訪問(wèn)的同質(zhì)元素連續(xù)集合，連續(xù)是指數(shù)組中的元素在內(nèi)存中是相鄰的，中間不存在空隙。可以將二維數(shù)組當(dāng)作數(shù)組的數(shù)組，即，如果只用一個(gè)下標(biāo)訪問(wèn)數(shù)組，得到的是對(duì)應(yīng)行的指針。使用sizeof得到的是整行的長(zhǎng)度。將數(shù)組名作為地址賦值給指針，是把數(shù)組第一個(gè)元素的地址賦值給指針，即，指針指向數(shù)組的第一個(gè)元素而不是數(shù)組本身。Sizeof對(duì)數(shù)組和同一數(shù)組的指針操作是不同的，前者返回整個(gè)數(shù)組的大小，后者返回指針本身的大小。指針是一個(gè)左值，能修改，而數(shù)組名字不能被修改。如果從堆上(malloc)分配內(nèi)存，并把地址賦給一個(gè)指針，那就可以對(duì)指針使用數(shù)組下標(biāo)，并把這塊內(nèi)存當(dāng)作一個(gè)數(shù)組。不過(guò)用完記得釋放。指針數(shù)組和數(shù)組指針：Int*arr[5];和int(*arr)[5];是不同的，前者為指針數(shù)組，數(shù)組的每一個(gè)元素都為一個(gè)指針，存放的是地址值。后者為數(shù)組指針，arr為一個(gè)指向二維數(shù)組的指針，該二維數(shù)組的元素都是整數(shù)，且每行有5個(gè)元素，可以類比于函數(shù)指針，需要將二維數(shù)組的地址傳給arr。示例7:intmatrix[2][5]={{1,2,3,4,5},{6,7,8,9,10}};Int(*ptrmatrix)[5]=matrix;注：這里matrix代表的是二維數(shù)組的首地址，matrix[0]也代表首地址，但matrix+1和matrix[0]+1代表的地址不同。前者表示加了20，后者表示加了4.傳遞多維數(shù)組：給函數(shù)傳遞多維數(shù)組時(shí)，要決定在函數(shù)原型聲明中使用數(shù)組表示法還是指針表示法，還要考慮如何傳遞數(shù)組的形態(tài)，這里的形態(tài)指數(shù)組的維數(shù)及每一維的大小。示例8:voiddisplay2DArray(intarr[][5],introws){};或者voiddisplay2DArray(int(*arr)[5],introws){};調(diào)用時(shí)，display2DArray(matrix,2);注：函數(shù)不會(huì)為這個(gè)數(shù)組分配內(nèi)存，因?yàn)閭鬟f的是地址。動(dòng)態(tài)分配二維數(shù)組：像上面的matrix，其聲明方式?jīng)Q定了其所分配的內(nèi)存是連續(xù)的，但使用malloc這樣的函數(shù)創(chuàng)建二維數(shù)組時(shí)，分配的內(nèi)存可能不連續(xù)。示例9:introws=2;Intcols=5;Int**matrix=(int**)malloc(rows*sizeof(int*));For(inti=0;i<rows;i++)(matrix[i]=(int*)malloc(cols*sizeof(int));}示例9這種方式分配的內(nèi)存就不連續(xù)。示例10:introws=2;Intcols=5;Int**matrix=(int**)malloc(rows*sizeof(int*));Matrix[0]=(int*)malloc(rows*cols*sizeof(int));For(inti=1;i<rows;i++)(matrix[i]=matrix[0]+cols*I;}示例10這種方式分配的就是連續(xù)的內(nèi)存。指針與字符串字符串是以ASCII字符NUL(\0)結(jié)尾的字符序列，通常存儲(chǔ)在數(shù)組或從堆上分配的內(nèi)存中。字符串有兩種類型，一種是由char數(shù)據(jù)類型組成的單字節(jié)字符串，一種是由wchar_t數(shù)據(jù)類型組成的寬字符串(16位或32位，主要用于支持非拉丁字符集)，處理函數(shù)分別包含在string.h和wchar.h頭文件中。注：1.字符串長(zhǎng)度指的是字符串中除了NUL字符之外的字符數(shù)，而分配內(nèi)存時(shí)也要為NUL字符分配。為了防止字符串被修改，可將其聲明為常量指針，即constchar*p="sound”。指針與結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體的定義使用struct關(guān)鍵字，通常結(jié)構(gòu)體名的前面加上下劃線。，訪問(wèn)結(jié)構(gòu)體成員用點(diǎn)(?)操作符，當(dāng)使用結(jié)構(gòu)體指針時(shí)，使用箭頭(T)操作符，當(dāng)然也可以先將指針解引*)后使用點(diǎn)操作符。結(jié)構(gòu)體的聲明通常使用typedef關(guān)鍵字，如下：typedefstruct_person(char*fisrtName;char*lastName;char*title;unsignedintage;}Person;為結(jié)構(gòu)體分配內(nèi)存為結(jié)構(gòu)體分配內(nèi)存時(shí)，分配的內(nèi)存大小至少是各個(gè)字段的長(zhǎng)度和，不過(guò)實(shí)際長(zhǎng)度通常會(huì)大于這個(gè)和，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體各字段之間可能會(huì)有填充，某些數(shù)據(jù)類型需要對(duì)齊到特定邊界就會(huì)產(chǎn)生填充。比如說(shuō)，短整數(shù)通常對(duì)齊到能被2整除的地址上，而整數(shù)對(duì)齊到能被4整除的地址上。詳解字節(jié)對(duì)齊：編譯器默認(rèn)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行字節(jié)對(duì)齊處理，目的是加快計(jì)算機(jī)取數(shù)速度。三準(zhǔn)則：結(jié)構(gòu)體變量的首地址能夠被其最寬基本類型(內(nèi)置數(shù)據(jù)類型，如char,int,short,double,float)成員的大小所整除。結(jié)構(gòu)體每個(gè)成員相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址偏移量(offset)都是成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會(huì)在成員之間填充字節(jié)(internalpadding)結(jié)構(gòu)體總大小為結(jié)構(gòu)體最寬基本類型成員大小的整數(shù)倍，如有需要編譯器會(huì)在最末一個(gè)成員之后加上填充字節(jié)(trailingpadding)注：1.結(jié)構(gòu)體某個(gè)成員相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量可以通過(guò)offsetof()宏來(lái)獲得，如offsetof(_person,firstName);由于結(jié)構(gòu)體成員可以是復(fù)合類型，如另一個(gè)結(jié)構(gòu)體，所以在尋找最寬基本類型成員時(shí)，應(yīng)當(dāng)包含復(fù)合數(shù)據(jù)類型的子成員，而不是看成一個(gè)整體。但在確定復(fù)合類型的偏移量是則是看作一個(gè)整體。示例11：struct_S1{inti;charc;}struct_S2{charc1;_S1s;charc2;}則sizeof(_S2)=4+(4+4)+4=16.//以4的整數(shù)倍對(duì)齊再如：struct_S3(inti;charc;shorts;}則sizeof(_S3)=4+2+2=8;〃由規(guī)則1和規(guī)則2可得出可以通過(guò)#pragmapack(n)指令調(diào)整結(jié)構(gòu)體對(duì)齊方式，其中n為字節(jié)對(duì)齊數(shù)(取1,2,4,8,16)示例12:#pragmapack(push)//將當(dāng)前pack值壓棧保存#pragmapack(2)struct_S1(inti;charc;}struct_S2(charc1;_S1s;charc2;}#pragmapack(pop)//恢復(fù)之前的pack值此時(shí)sizeof(_S2)=2+(2+4)+2=10?？盏慕Y(jié)構(gòu)體大小為1。結(jié)構(gòu)體包含靜態(tài)成員變量時(shí)，結(jié)構(gòu)體大小不包括該靜態(tài)變量。結(jié)構(gòu)體位域的概念位域的主要目的是壓縮存儲(chǔ)規(guī)則如下：如果相鄰位域字段的類型相同，且其位寬之和小于數(shù)據(jù)類型的sizeof大小，則后面的字段緊鄰前一個(gè)字段存儲(chǔ)，直到不能容納為止。如果相鄰位域字段的類型相同，但其位寬之和大于數(shù)據(jù)類型的sizeof大小，則后面的字段將從新的存儲(chǔ)單元開始，其偏移量為其類型大小的整數(shù)倍。如果相鄰的位域字段類型不同，則不壓縮如過(guò)位域指端之間穿插非位域字段，則不進(jìn)行壓縮。整個(gè)結(jié)構(gòu)體的總的寬度為最寬基本數(shù)據(jù)類型的整數(shù)倍如：示例13struct_t(chart1:3;chart2:4;chart3:5;shorts;chart4:3}則sizeof(_t)=1+1+2+2=6指針誤用不恰當(dāng)?shù)闹羔樎暶?，如int*ptr1,ptr2;實(shí)際上只有ptr1為指針，正確的聲明方式應(yīng)為int*ptr1,*ptr2。不過(guò)可以可以采用下面的類型定義方式：typedefint*pint;pintptr1,ptr2;注：這里要區(qū)分#define和typedef，前者為宏定義，在編譯預(yù)處理時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的替換，而后者不是簡(jiǎn)單的替換，而是采用如同定義變量的方法那樣來(lái)聲明一種類型。因此：#definePINTint*PINTptr1，ptr2；〃同樣只有ptr1為指針另外，對(duì)于constPINTp;和constpintp;前者為指針常量(指向的內(nèi)容不可變，后則為常量指針(指針本身不可多次賦值。因?yàn)閜int作為數(shù)據(jù)類型把p鎖定了。使用指針前為初始化，即野指針。使用malloc這類函數(shù)時(shí)，一定要檢查返回值，否則可能導(dǎo)致程序非正常終止。示例14:float*vector=(float*)malloc(20*sizeof(float));if(vector==NULL)(}else(}一旦不再需要內(nèi)存中的敏感蘇劇，馬上覆寫是個(gè)好主意(使用memset)為了避免重復(fù)釋放指針，在釋放過(guò)后總是將其置為NULL。轉(zhuǎn)換指針類型轉(zhuǎn)換是一種基本操作，跟指針結(jié)合使用很有用，原因包括：訪問(wèn)有特殊目的的地址一般發(fā)生在嵌入式系統(tǒng)上，可以把某特殊地址賦值給一個(gè)指針，再把某個(gè)字符賦值給這個(gè)地址。如：#defineVIDEO_BASE0xB8000int*video=(int*)VIDEO_BASE;*video=’A’;分配一個(gè)地址來(lái)表示端口端口即是硬件概念，也是軟件概念。服務(wù)器用軟件端口指明它們要接收發(fā)給這臺(tái)機(jī)器的某類消息，硬件端口就是物理端口，程序通過(guò)讀寫硬件端口可以處理信息和命令。示例15:#definePORT0xB0000000unsignedintvolatile*constport=(unsignedint*)PORT;注：a.這里的volatile關(guān)鍵字修飾符可以譯為“直接存取原始內(nèi)存地址”，表示可以在程序以外改變變量，比如說(shuō)，外部設(shè)備可能會(huì)向端口寫入數(shù)據(jù)，且可以獨(dú)立于計(jì)算機(jī)的處理器執(zhí)行這個(gè)寫操作，也有可能在多線程程序中共享同一變量的其它線程中發(fā)生改變的情形。出于優(yōu)化的目的，編譯器有時(shí)候會(huì)臨時(shí)使用緩存或者寄存器來(lái)持有內(nèi)存的值，如果外部操作修改了這個(gè)內(nèi)存的值，改動(dòng)不能反映到緩存或者寄存器中。用volatile可以阻止運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)使用寄存器暫存端口值，每次訪問(wèn)端口都需要系統(tǒng)讀寫端口，而不是從寄存器中讀取一個(gè)可能已經(jīng)過(guò)期的值。但是不應(yīng)該把所有變量都聲明為volatile，這樣會(huì)組織編譯器進(jìn)行所有類型的優(yōu)化。示例16:intsquare(volatileint*ptr)(return*ptr**ptr;}上段代碼的本意是計(jì)算ptr指向內(nèi)容的平方，但由于ptr被volatile修飾，可能計(jì)算過(guò)程中發(fā)生改變，得到的就不是平方值了。又如volatilechara;a=0;while(!a)(//dosomethings;}doother();如果沒有volatiledoother()不會(huì)被執(zhí)行b.一個(gè)變量可以同時(shí)為const和volatile，它是volatile因?yàn)?/p>