指針和數組的掌握以及內存的管理

前言：對於C語言的學習，我記得最初就有人說最難莫過於指針，當初我們的學習呢，又是先學習了數組，然後接觸的就是指針，指針和數組被很多書籍放在一塊進行教學，指針是C/C++中的精華，而難點就在於對指針和數組的掌握以及內存的管理，所以在這裡，我們要對這個問題，進入一些研討：

1 .什麼是指針

在探究之前我們要弄清楚指針的概念,

指針做什麼

int *p;

學過C的人都應該知道，這定義了一個指針，在這裡p到底是個什麼東西呢？
其實，p也就是一個變量，而對於變量，就可以理解為一個左值，會開辟一塊內存空間，然後在這塊空間中儲存內容。

理解指針

int *p;
int a=10;
p=&a;

在這幾句話，也不難理解，正因為像咱們在上面說的。開辟好了p這塊空間，所以咱們現在就要在這塊空間中，存放內容，而這個內容，在這裡&a，也就是a的地址了。
如果你還不能理解，那麼我用圖來給你解釋：

我想這樣你應該會理解指針的作用，即存放地址。對於上面那個例子，p這塊存放地址的空間我們叫做指針變量，p中存放的內存地址處的內存我們就稱為p所指向的內存，通常我們也會說p指向了a。

“*”的作用

對於上面的理解，我們留下一個問題，就是“* ”，在定義一個指針時，我們需要加“ *”，而在使用時，我們也會加“ *”。
比如下面這段程序：

int *p;
int a=10;
p=&a;
*p=20;

“* ”我們就可以理解為，當一個基本的數據類型加上它時，這樣就會構成一個數據類型的指針，這個指針我們要記住，大小永遠是4個字節。而當我們寫成 p 這樣的形式時，我們在這裡，稱呼 *為解引用。就好像你現在手中會有一把鑰匙，可以去通過指針來改變它所指向的那塊空間的內容。

2.什麼是數組

數組概念

數組，我們通常會理解為一組類型相同元素的集合。
比如：

int arr[]={1,2,3,4,5};

學過C的人應該都知道，這意思就是定義了一個數組，其中包含了5個int類型的元素。

當定義數組時，編譯器會根據元素的個數和元素類型確定大小開辟空間，比如，上面的arr，我們就會分配20字節大小個空間。在這裡，這塊空間是不能再次改變的。

亂亂的&arr和&arr[0]
對於數組，我們一定要清楚&arr和&arr[0]這兩個概念，&arr，這裡說的就是對整個數組取地址。而&arr[0]在這裡所說的也就是對數組的首個元素的地址。&arr和&arr[0]這兩個值是相等的，雖然他們相等，但是意義是不一樣的。這個的區別就好比陝西省政府與西安市政府，他們的所在地都一樣，都是在西安，但是意義不一樣。

數組名的左值右值
左值和右值，簡單說就是可以出現在“=”右邊的就是右值，可以出現在“=”左邊的就是左值。左值，他要是一塊可以被修改的空間，右值，所說的值一塊空間中所帶的內容。

接下來我們要探討一個問題了，數組名可以做左值嗎？右值呢？

當arr作為右值時，我們要清楚，arr就是代表首元素的地址，在這裡的arr就相當於arr[0]。
而當arr作為左值呢，在這我們就要根據左值右值的概念考慮了，左值必須是一塊可以修改的空間，而這裡，arr待變的是arr數組首元素的地址，地址不能被修改，所以，arr是不能作為左值的。

3.指針數組之間的聯系

在我當初學習指針和數組時，總會覺得他們之間有種關系，並且好像彼此之間是一回事，在這裡，我要告訴你，指針和數組之間是沒有任何關系的！！！

很多人容易把這兩個概念弄混淆很大的原因就是應為在訪問時，指針和數組他們總是可以達到一樣的目的。
例如：

char *p="abcdef";

指針形式和下標形式訪問指針

對於上面的的指針變量p，根據前面咱們分析的可以知道，p是一塊4個字節大小的空間，裡面存放了首字符的地址。
比如我們需要訪問’c’：

指針形式：*（p+2）；這個意思就是先取出p的地址，然後給它按照字符型進行偏移2次，然後把所指向的地址進行解引用，訪問其中所存放的內容。

數組下標形式：p[2]；這裡編譯器會把下標形式解析成為指針形式的操作。這裡的意思就是先取出p中存儲的地址值，再加上其中括號中2個元素的偏移，得出新地址，然後再取出內容。

這兩種方法最後使得我們所得到的結果都是一樣的，兩種方式本質上都是以指針為形式進行訪問。

指針形式和下邊形式訪問數組

char arr[]="123456";

在這裡我們需要訪問’3’

指針形式：*（arr+2）；這裡就是得到arr的首字符地址，然後偏移兩個字符，然後得到所指向地址，然後解引用，得到其中的內容。

數組下標形式：arr[2]；這裡編譯器會把下標形式解析成為指針形式的操作。首先得到arr首元素的地址，然後偏移兩個字符，得到新的地址，再取出內容。

經過了上述兩個過程的分析，我們應該都知道指針和數組就是兩個不一樣的東西，他們只是可以”以指針的形式“和”以數組下標形式“來進行訪問。

區分a與&a
首先我們通過牛客網的一道題來進行分析：

#include
int main()
{
    int a[5]={1,2,3,4,5};
    int *ptr=(int *)(&a+1);
    printf("%d,%d,*(a+1),*(ptr-1)");
    return 0;
}

在這裡我們要分析：
&a+1：這個說的就是取了a的地址，然後向後偏移一個int，也就是到了這個數組最後一個位置的下一個地址。
（int ）（&a+1）：這個意思是將上述的地址強制轉化為int 類型的地址。
所以執行完第二句話後，這裡的ptr中存放的就是a這個數組的下一個數組的首地址。

*（a+1）：這個的意思參考上面咱們分析的，所以也就可以得到這個的結果就是數組第二個元素。
所以，最終輸出的結果也就是2和5；
這裡我們依然強調一下&a說的是數組的地址，對他+1指的是偏移整個數組。
a這裡代表的是a[0]，首元素的地址。

4.指針數組和數組指針

指針數組：這裡強調的是數組，然後數組中的元素都是指針，數組的大小是通過數組本身來決定。
數組指針：這裡強調的是指針，就是說它還是一個指針變量，只不過他指向數組，至於他所指向的數組多大，這個就不知道了。

int *p1[5];
int (*p2)[5];

在這裡我總結下來，指針數組和數組指針主要的區別主要是看優先級結合。”（）”的優先級是最高的，下來是”[ ]”,再下來是”*“；

int* p1[5]：我們可以理解為，先於[10]結合，就是一個數組p1，然後是和”int*“結合，就表示數組中的內容全部都是int*類型的，所以這就是一個指針數組，數組中包含的是10個指向int類型數據的指針。所以他就是一個指針數組。

int (*p2)[5]：這裡首先優先級最高的是”（）“，所以先結合”（）“，就是強調了這是個指針，然後和”[10]”進行結合，所以p2就是一個指向一個包含10個int大小的數組的指針。所以他就是一個數組指針。

5.函數指針，函數指針數組和函數指針數組指針

通過剛才對於指針數組和數組指針的理解，接下來我們來探討一下函數數組和函數指針。

函數指針

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什麼是函數指針？

函數指針：顧名思義，這裡強調的依然是指針，函數指針也就是說函數的指針，他是一個指向函數的指針。

char *fun3(char *p1,char *p2);

這個我想大家再熟悉不過了，函數為fun3，兩個char* 類型的形參 p1，p2，函數返回值char *。

char * *fun2(char *p1,char *p2);

這裡函數為fun2，兩個char 類型的形參 p1，p2，函數返回值char **。

char *(*fun1)(char * p1,char *p2);

在這，我們就可以用優先級來進行判斷，它先於（）結合，可以知道fun1是一個指針，然後它指向的是一個函數。而這個函數呢，就是一個有兩個char* 類型的形參 p1，p2，函數返回值char *的函數。

函數指針的使用
例：

#include
int max(int x,int y)
{
    return (x>y? x:y);
}
int main()
{
    int (*ptr)(int, int);
    int a, b, c;
    ptr = max;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    c = (*ptr)(a,b);
    printf("a=%d, b=%d, max=%d", a, b, c);
    return 0;
}

在這一段程序中，ptr是指向函數的指針變量，所以可把函數max()賦給ptr作為ptr的值，即把max()的入口地址賦給ptr,以後就可以用ptr來調用該函數。

接下來看下一個例子：

void fun()
{
    printf("CALL Fun!\n");
}
int main()
{
    void (*p)();
    *(int *)&p=(int)fun;
    (*p)();
    return 0;
}

分析：
void (*p)()：這一句說的就是我在這裡定義了一個指針變量p，p用來指向函數，函數的返回值和參數都是void類型的。
*(int )&p=(int)fun：在這，就是說將fun函數的地址強制轉換成int類型，然後賦給了p指針變量。
(*p)()：表示對函數fun進行調用。
所以我們要清楚，函數指針還是一個指針，裡面存放的是函數的首地址，然後我們通過首地址來調用函數。

(*(void (*)())0)();

這個是什麼呢？

對於這個，其實咱們也可以通過分析進行解決。
void (*)()：這個是一個void類型的一個函數指針，這個函數返回值為空，並且參數也為空。
(void (*)())0：這個就是將0強制轉換成這個函數指針的類型，也就是說一個函數保存在首地址為0的一段區域。
(* ( void (*)())0)：這是取得首地址為0的的內容，就是保存在首地址為0的的函數。
(* (void (*)())0)()：這是最終對這個函數進行調用，因為函數的參數為空，所以調用時參數也是空的。

接下來我們再進行分析一個類似的：

(*(char * *(*)(char **,char **))0)(char * *,char * *);

是不是看這有些暈呢，咱們繼續一層一層進行分析。
char * * ( * )(char * * ,char * * )：這個所說的就是一個函數指針，這個函數指針指向返回值為char * * * ，參數為兩個char * *的參數。
(char * * ( * )(char * * ,char * * ))0：這是將0強制轉換為這個函數指針的類型，也就是說一個函數保存在首地址為0的一段區域。
( * (char * * ( * )(char * * ,char * * ))0 )：這是取得首地址為0的的內容，就是保存在首地址為0的的函數。
( * (char * * ( * )(char * * ,char * * ))0)(char * * ,char * * )：這是最終對這個函數進行調用因為函數的參數為(char * * ,char * * )，所以調用也是給(char * * ,char * * )參數。

函數指針數組

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函數指針數組：我們也可以參考前面的分析方法，它是一個數組，這個數組中的元素就是我們前面所提到的函數指針。

char *（* p[3]）(char *p);

上面這個就是一個函數指針數組，首先它是有3個元素的一個數組，裡面存放的是指向函數的指針，這些指針指向一些返回值類型為指向字符的指針。
在這裡的關鍵你要知道這個是數組，數組中的元素是函數指針。

函數指針數組指針

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到這裡，我想許多人看見以後肯定非常暈了，一層套一層的，其實，沒什麼復雜的，萬變不離其宗，咱們還是一層一層來進行分析。
首先給出一個函數指針數組指針

char *（*（*p）[3])(char *p);

在這裡，首先按照優先級從個最裡面看，最裡面的（*p）這是一個指針。
（*（ *p）[3]）這個說了這個指針是指向含有三個元素的數組的指針。
char*（ *（*p）[3])(char *p)這個說了這個數組中存放的元素是3個函數指針，這些指針指向一些返回值為指向字符的指針。然後這個函數的參數是指向字符的指針。