指针基础

前面我们一直通过变量名读取或修改数据，例如把 data 从 3 改成 5。程序运行时，这些数据并不是凭空存在的，而是保存在内存中。理解指针，可以先从“一个变量的值存放在哪里”开始。

变量的值与存放位置

可以把内存想象成一排带编号的储物格。格子里放的是数据，编号告诉我们到哪里找它。对于一个变量，需要区分三个概念：

• 变量名：代码里使用的名字，例如 data。
• 值：变量里保存的内容，例如整数 3。
• 地址：这个变量在内存中的位置。

变量的值改变了，并不意味着它搬到了另一个位置。例如把 data 从 3 改成 5，只是同一个位置里的内容变了。

用地址找到变量

知道变量名可以找到它；知道它的地址，也可以找到它。在代码中，取地址运算符 & 用来获取一个变量的地址：&data 表示“data 存放在哪里”，而不是“data 的值是多少”。

内存地址通常写成十六进制，例如 0x1000。本节图中的地址都是便于观察的示意编号；实际地址由运行环境决定，不需要记住这些数字。

让一个变量保存地址

如果把一个地址保存下来，之后就能沿着这个地址找到原来的变量。专门用来保存地址的变量，就是指针变量（pointer variable），简称指针。

int *p = &data; 创建一个名为 p 的指针，并把 data 的地址保存在里面。int * 表示这个指针用来指向整数变量。我们把这种关系叫作“p 指向 data”。

注意，p 保存的是地址，不是整数 3 的副本。p 自己也是一个变量，所以它也有自己的存放位置：&p 是指针变量自身的地址，与它保存的 &data 是两回事。

沿地址读取与修改

知道 p 指向哪里后，就可以用 *p 访问那个位置里的变量，这个操作叫作解引用（dereference）：

• 读取 p，得到它保存的地址。
• 读取 *p，得到被指向变量的值。
• 执行 *p = 5;，修改被指向变量的值，不改变指针的指向。

声明中的 * 用来说明“这是一个指针”；表达式中的 *p 则表示“沿着 p 保存的地址访问变量”。下面把这些操作放进一个完整程序：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int data = 3;
    int *p = &data;

    printf("data = %d\n", data);
    printf("&data = %p\n", (void *)&data);
    printf("p = %p\n", (void *)p);
    printf("*p = %d\n", *p);

    *p = 5;
    printf("data = %d\n", data);
    return 0;
}

空指针与安全检查

指针也可能暂时不指向任何变量，这时应明确把它初始化为空指针。空指针可以用来判断“当前有没有目标”，但不能对它解引用。

未初始化的指针并不自动为空，它的值是不确定的。声明指针后，应立即让它指向有效对象，或者设为空；读取或写入目标前先检查指针是否为空。

int *q = NULL;
if (q != NULL) {
    *q = 5;
}

把地址传给函数

普通参数只复制值，直接交换函数里的两个整数副本不会改变调用者的变量。要修改原变量，可以把它们的地址传给函数。

调用 swap(&x, &y) 后，形参 a 保存 x 的地址，b 保存 y 的地址。函数通过 *a、*b 访问的仍是 main 中的 x、y。交换过程中，改变的是两个整数的值，两个指针的指向不变。

#include <stdio.h>

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main(void) {
    int x = 3;
    int y = 5;
    swap(&x, &y);

    printf("%d %d\n", x, y); // 5 3

    return 0;
}