c语言入门21，一文弄懂指针为何要有类型，1+1不等于2是对的

上一节介绍了 C 语言指针的概念，并且给出了通过指针修改变量值的例子，相信看了上一节的朋友应该对 C 语言的指针没那么陌生了。

指针变量占多少内存空间？

稍稍思考一下，应该能够发现，指针的确是通过修改内存来修改变量的值的。例如下图，指针变量 p1 指向地址为 4000 的内存，而这里记录着变量 i 的值，通过 C 语言提供的指针运算来修改 p1 指向的内存里的值，也就相当于修改了变量 i 的值，这与直接对 i 赋值是一样的。

既然指针变量存储的是内存地址，那么指针变量的位宽就应该保证能够存储最大的地址。例如在大多数 32 位计算机中，指针变量的位宽为 4 字节，因为多数情况下，在 32 位计算机中，最大的内存地址为 0xffffffff，至少需要 4 字节才能完整保存。相应的，在大多数 64 位计算机中，指针变量的位宽为 8 字节。

为何要有不同类型的指针变量

继续讨论，既然指针是通过修改内存来修改变量的值的，那么，一个指针一次修改多少内存呢？这就涉及到指针的类型了。请看下面的例子：

signed char i[8] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
int j = 8;
signed char *p1 = i;
int *p2 = (int*)i;
*(p1+1) = 5;
*(p2+1) = 9;

对于数组 i[8]，i 其实就表示这个数组的首地址，所以可以直接把它赋值给指针变量 p1。这样一来，我们就可以通过 p1 来修改数组 i 了。

指针 p1 是 signed char* 类型的，通过 p1 修改 i 所在内存时，一次修改 sizeof(signed char) 字节，也即 1 字节。那么，p1+1 指向的就是 i 的第二个元素（i[1]），执行 * (p1+1) = 5; 以后，i[1] 就等于 5 了。

按照这个逻辑，p2 是 int* 类型的指针变量，请看上图，通过 p2 访问数组 i 时，一次访问的实际上是 sizeof(int) = 4 字节内存。所以 * (p2+1) = 9; 实际上修改的是 i 的第 5~8 字节。

我们把代码写完整些，通过 p1 修改后，把 i 全部打印出来；通过 p2 修改后，再把 i 全部打印出来，请看如下代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    signed char i[8] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
    int j = 8;
    signed char *p1 = i;
    int cnt;    

    *(p1+1) = 5;
    for(cnt=0;cnt<8;cnt++)
        printf("%d ", i[cnt]);
    printf("\n");

    int* p2 = (int*)i;
    *(p2+1) = 9;
    for(cnt=0;cnt<8;cnt++)
                printf("%d ", i[cnt]);
    printf("\n");

    return 0;
}

以上代码输出：

1 5 3 4 5 6 7 8 
1 5 3 4 9 0 0 0

指针的加法

看到这里，你可能会有疑问了，i 的地址为 4000，那 p1 和 p2 指向的也是 4000，p1+1 指向 4001 地址，这没什么好说的。但是 p2+1 指向的却是 4004？ 4000+1 等于 4004 ，这不是扯淡吗？！

这还真不是扯淡，还记得我们在第 19 节一起讨论的 C 语言的数据类型吗？“+”运算符要求两边的操作数是同一类型的，如果不同则会自动转换。p1 和 p2 是指针类型的，而 “+1” 的这个“1”是整型的，因此在做加法之前，会有自动数据类型转换的过程。p1 是 signed char* 型的指针变量，所以“+1”就相当于“+1 x sizeof(signed char)”，因此 p1+1 = 4001。类似的，p2 加上整型 1 就相当于“+ 1 x sizeof(int)”，因此 p2+1=4004。

为了验证我们的分析，下面写 C 代码做实验，我们分别定义 signed char* 型的指针变量 p1 和 int* 型的指针变量 p2，均赋值为 1，然后分别对 p1 和 p2 加一，打印它们原来的值，和加一后的值，请看如下代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    signed char *p1 = (signed char*)1;
    int *p2 = (int*)1;
    printf("p1=%p, p1+1=%p\n", p1, p1+1);
    printf("p2=%p, p2+1=%p\n", p2, p2+1);
    return 0;
}

以上程序输出：

p1=0x1, p1+1=0x2
p2=0x1, p2+1=0x5

这就验证了我们的分析。类似的，读者可以自行分析 long* 、float* 、double* 等任意类型的指针变量的加法运算。

可以将指针的加数“1”看作有“单位”的，单位大小取决于指针的类型。这样就好理解 “1+1”不等于 2 的情况了，因为 1千克 + 1毫克不等于 2 千克，对不？

指针这么强，能操作任意地址码？

很多程序员都说，某类型的变量，一定不能用其他类型的指针操作。这句话其实并不严谨，例如上面举的例子中的 char 类型数组 i[8]，我们完全可以使用 int* p2 指针把它当做两个 int 型变量使用。

只不过一定要小心 p2 别超过 i[8] 的范围了，p2+2 指向的就是数组 i 后的地址了。这里可能存储着非常重要的信息，如果使用 p2+2 把这部分的内容修改了，程序出现段错误退出还好，要是没有报错，却给出了错误结果就麻烦了，这种错误非常难发现，所以在开发阶段就应该小心处理。

按照上面的分析，在定义局部指针变量时，如果忘了对它初始化，根据《》一节，局部变量的值是任意的，这也就是说它可能指向任意地方，这时如果使用它，也有可能出现难以发现的错误。

这种指向不确定地址的指针，程序员习惯称为“野指针”。

为了避免出现野指针，在定义指针变量时就应该给它明确的初值，例如：

signed char * p1 = i;

或者把它初始化为NULL：

signed char * p1 = NULL;

NULL在C标准库的头文件 stddef.h 中定义：

#define NULL ((void *)0)

就是把地址0转换成指针类型，称为空指针，它的特殊之处在于，操作系统不会把任何数据保存在地址0及其附近，也不会把地址0~0xfff的页面映射到物理内存，所以任何对地址0的访问都会立刻导致段错误。* p = 0;会导致段错误，就像放在眼前的炸弹一样很容易找到，相比之下，野指针的错误就像埋下地雷一样，更难发现和排除，这次走过去没事，下次走过去就有事。