码上开车(C/C++)—指针与快递柜

写在前面

如果对Java而言，万物皆是对象。那么对C/C++而言，万物皆是内存里的一段段二进制buffer，以指针为头，以\0为尾。C/C+开发者更追寻计算机的本质，是徘徊在漫天010101世界里孤独而睿智的流浪者。

——秋名山码农

指针是C语言中最具精髓的类型，它直接赋予了开发者操作底层硬件的能力。在大规模数据处理和算法实现领域，相比其他高级语言有着显著的性能优势。但指针的不规范运用，常常造成了野指针、空指针、内存泄漏等问题，这也是入门者最大的拦路虎。

什么是指针？

我们知道，计算机中程序执行的动态数据都是存储在内存之中，系统在加载程序之后，会在内存中开辟一段内存空间提供程序使用。但这一大“坨”空间分别代表什么数据呢？

很显然，这一大“坨”空间需要分段进行标记，而这个标记就是指针。在物理上，指针通常表示为一个4Byte（32位系统）或8Byte（64位系统）的无符号整数。这个指针（内存地址），就代表了指针所指向变量的内存地址开头。

以快递柜为例，大家拿到取件码，就可以去快递柜拿到我们的包裹。而这个例子里，取件码就类似一个指针，整个快递柜就相当于系统为程序开辟的内存，快递柜里的包裹就是程序操作的数据。用户拿到取件码（指针），就能去快递柜（内存）拿到快递小哥存放在这里的包裹（数据）。

指针类型又是什么意思？

指针类型就是这个指针所指向的数据类型。

我还是想以快递柜举例。首先，C语言中有短整型（short）、整型（int）和双精度浮点型（double）。对应空间占用如下：

short ——>2Byte——>小方格

int ——>4Byte——>中方格

double——>8Byte——>大方格

他们依次对应的就类似快递柜里的小、中、大三种方格。类似地讲，

小方格取件码（short指针）能取出里面的小包裹（short数据）

中方格取件码（int指针）能取出里面的大包裹（int数据）

大方格取件码（double指针）能取出里面的大包裹（double数据）

实际上，指针类型规定了该指针指向内存的大小（方格大小）以及数据类型（包裹大小）。在物理上讲，指针的地址值，限定了目标数据的开头，指针的类型，也就限定了目标数据的结尾，以及告诉编译器以什么类型呈现该数据。

So，什么是空指针、野指针

我们将视线再次转到楼下的快递柜。

首先，对一个特定程序而言，它能访问的程序空间是有限的，系统限定了程序在规定的内存范围内读取和写入。

同理，不是什么取件码都能从快递柜里取出包裹。

空指针（全0取件码）不是一个有效的内存地址或者是被系统保留的，当程序尝试访问空指针时，系统会抛出一个异常（快递柜显示取件码无效）。这也就是为什么在编写C程序时，要常常做指针判空。

野指针（假的或者已经用过的取件码）和空指针类似，也是系统不允许程序访问的。野指针常常出现在对free掉的指针（用过的取件码）的访问。

打个比方，小明今天用03548792从快递里取出了（free）种草半年的雷姆手办，很显然03548792不能从快递柜里再取出一只雷姆，取而代之的是“取件码无效”（野指针访问异常）

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