C语言——深入理解指针2

1. 野指针

  • 概念:野指针就是指针指向的位置是不可知的(随机的、不正确的、没有明确限制的)

1.1 野指针成因

1.1.1 指针未初始化

#include <stdio.h>
int main()
{
   
	int *p;//局部变量指针未初始化,默认为随机值
	*p = 20;
	return 0;
}

1.1.2 指针越界访问

#include <stdio.h>
int main()
{
   
	int arr[10] = {
   0};
	int *p = &arr[0];
	int i = 0;
	
	for(i=0; i<=11; i++)
	{
   
		//当指针指向的范围超出数组arr的范围时,p就是野指针
		//因为越界的地方存的是随机值,即指针指向随机地址
		*(p++) = i;
	}
	return 0;
}

1.1.3 指针指向的空间释放

  • 我们知道自定义函数调用的时候要开辟空间,结束时要回收/销毁空间,可以参考这篇博客——函数栈帧的创建和销毁
#include <stdio.h>

int* test()
{
   
	int n = 100;
	return &n;
}

int main()
{
   
	int*p = test();
	printf("%d\n", *p);
	return 0;
}
  • 这里当test 函数结束后返回n的地址存储到指针变量p中,但是此时变量n已经被销毁了,既是能找到n未被销毁时的位置,但此时已经不知道这个位置时存储什么的了,即随机值

1.2 如何规避野指针

1.2.1 指针初始化

  • 如果明确知道指针指向哪⾥就直接赋值地址,如果不知道指针应该指向哪⾥,可以给指针赋值NULL,NULL 是C语⾔中定义的⼀个标识符常量,值是0,0也是地址,
  • 但是这个地址是无法使用的,(因为内存中的一些地址是留给操作系统使用的,0 的位置就是)此时读写该地址会报错
  • 初始化如下:
#include <stdio.h>

int main()
{
   
	int num = 10;
	int*p1 = &num;
	int*p2 = NULL;
	return 0;
}

1.2.2 小心指针越界

  • ⼀个程序向内存申请了哪些空间,通过指针也就只能访问哪些空间,不能超出范围访问,超出了就是越界访问。

1.2.3 指针变量不再使用时,及时置NULL,指针使用之前检查有效性

  • 当指针变量指向⼀块区域的时候,我们可以通过指针访问该区域,后期不再使用这个指针访问空间的时候,我们可以把该指针置为NULL。因为约定俗成的⼀个规则就是:只要是NULL指针就不去访问,同时使用指针之前可以判断指针是否为NULL
  • 我们可以把野指针想象成野狗,野狗放任不管是非常危险的,所以我们可以找⼀棵树把野狗拴起来,就相对安全了,给指针变量及时赋值为NULL,其实就类似把野狗栓前来,就是把野指针暂时管理起来
  • 不过野狗即使拴起来我们也要绕着⾛,不能去挑逗野狗,有点危险;对于指针也是,在使用之前,我们也要判断是否为NULL,看看是不是被拴起来起来的野狗,如果是不能直接使用,如果不是我们再去使用
#include <stdio.h>
int main()
{
   
	int arr[10] = {
   1,2.3.4.5.6.7.8.9.10};
	int* p = arr;
	for (int i=0; i<10; i++)
	{
   
		*(p++) = i;
	}//此时p已经越界了,要及时把p置为NULL
	p = NULL;
	//下次使用时,判断p不为NULL时再使用
	//……
	p = arr;
	if (p != NULL)
	{
   
		//……
	}
	return 0;
}

1.2.4 避免返回局部变量的地址

  • 造成野指针的第3个例⼦,不要返回函数内局部变量的地址

2. assert断言

  • assert.h 头文件定义了宏 assert() ,⽤于在运行时确保程序符合指定条件,如果不符合,就报错终止运行。这个宏常常被称为“断言
assert(p != NULL);
  • 上面代码在程序运行到这⼀行语句时,验证变量 p 是否等于 NULL 。如果确实不等于 NULL ,程序继续运行,否则就会终止运行,并且给出报错信息提示
  • assert() 宏接受⼀个表达式作为参数。如果该表达式为真(返回值非零), assert() 不会产生任何作用,程序继续运行。如果该表达式为假(返回值为零), assert() 就会报错,在标准错误流 stderr 中写入⼀条错误信息,显示没有通过的表达式,以及包含这个表达式的文件名和行号

在这里插入图片描述

  • assert() 的使对程序员是非常友好的,使用 assert() 有几个好处:它不仅能自动标识文件和出问题的行号,还有⼀种无需更改代码就能开启或关闭 assert() 的机制。如果已经确认程序没有问题,不需要再做断言,就在 #include <assert.h> 语句的前面,定义⼀个宏 NDEBUG

在这里插入图片描述

#define NDEBUG
#include <assert.h>
  • 然后,重新编译程序,编译器就会禁用文件中所有的 assert() 语句。如果程序又出现问题,可以移除这条 #define NDBUG 指令(或者把它注释掉),再次编译,这样就重新启用了 assert()
  • 但语句assert() 的缺点是,因为引入了额外的检查,增加了程序的运行时间
  • 般我们可以在 Debug 中使用,在 Release 版本中选择禁用 assert 就用,在 VS 这样的集成开发环境中,在 Release 版本中,直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题,在 Release 版本不影响用户使用时程序的效率

3. 指针的使用和传址调用

3.1 strlen的模拟实现

  • 库函数strlen的功能是求字符串长度,统计的是字符串中 \0 之前的字符的个数。函数原型如下:
size_t strlen ( const char * str );//size_t为无符号整型
  • 参数str接收⼀个字符串的起始地址,然后开始统计字符串中 \0 之前的字符个数,最终返回长度。如果要模拟实现只要从起始地址开始向后逐个字符的遍历,只要不是 \0 字符,计数器就+1,这样直到 \0 就停止
  • 参考代码如下:
int my_strlen(const char * str)
{
   
	int count = 0;
	assert(str);
	
	while(*str)
	{
   
		count++;
		str++;
	}
	return count;
}
int main()
{
   
	int len = my_strlen("abcdef");
	printf("%d\n", len);
	return 0;
}

3.2 传值调用和传址调用

  • 学习指针的目的是使用指针解决问题,那什么问题,非指针不可呢?
  • 例如:写⼀个函数,交换两个整型变量的值
  • ⼀番思考后,我们可能写出这样的代码:
#include <stdio.h>
void Swap1(int x, int y)
{
   
	int tmp = x;
	x = y;
	y = tmp;
}
int main()
{
   
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	printf("交换前:a=%d b=%d\n", a, b);
	Swap1(a, b);
	printf("交换后:a=%d b=%d\n", a, b);
	return 0;
}
  • 当我们运行代码时,结果如下:

在这里插入图片描述

  • 我们发现其实没产生交换的效果,这是为什么呢?
  • 我们来调试一下:

在这里插入图片描述

  • 我们发现在main函数内部,创建了a和b,a的地址是0x0056fb6c,b的地址是0x0056fb60,在调用Swap1函数时,将a和b传递给了Swap1函数,在Swap1函数内部创建了形参x和y接收a和b的值,
  • 但是x的地址是0x0056fa88,y的地址是0x0056fa8c,x和y确实接收到了a和b的值,不过x的地址和a的地址不⼀样,y的地址和b的地址不⼀样,相当于x和y是独立的空间,
  • 那么在Swap1函数内部交换x和y的值,自然不会影响a和b,当Swap1函数调用结束后回到main函数,a和b的没法交换。
  • Swap1函数在使用的时候,是把变量本身直接传递给了函数,这种调用函数的方式我们之前在函数的时候就知道了,这种叫传值调用
  • 结论:实参传递给形参的时候,形参会单独创建⼀份临时空间来接收实参,对形参的修改不影响实参
  • 所以Swap是失败的了
  • 那怎么办呢?
  • 我们现在要解决的就是当调用Swap函数的时候,Swap函数内部操作的就是main函数中的a和b,直接将a和b的值交换了。
  • 那么就可以使⽤指针了,在main函数中将a和b的地址传递给Swap函数,Swap函数里边通过地址间接的操作main函数中的a和b,并达到交换的效果就好了
#include <stdio.h>
void Swap2(int*px, int*py)
{
   
	int tmp = 0;
	tmp = *px;
	*px = *py;
	*py = tmp;
}
int main()
{
   
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	printf("交换前:a=%d b=%d\n", a, b);
	Swap2(&a, &b);
	printf("交换后:a=%d b=%d\n", a, b);
	return 0;
}
  • ⾸先看输出结果:

在这里插入图片描述

  • 我们可以看到实现成Swap2的方式,顺利完成了任务,这里调里Swap2函数的时候是将变量的地址传递给了函数,这种函数调用方式叫:传址调用
  • 传址调用,可以让函数和主调函数之间建立真正的联系,在函数内部可以修改主调函数中的变量;所以未来函数中只是需要主调函数中的变量值来实现计算,就可以采⽤传值调用。如果函数内部要修改主调函数中的变量的值,就需要传址调用

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