語言進(jìn)階第四講存儲(chǔ)器與指針

第四講存儲(chǔ)器與指針（Memory&Pointer）張哲

東南大學(xué)國(guó)家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心目錄存儲(chǔ)器，還是存儲(chǔ)器！內(nèi)存陷阱！動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配算法指針的基本概念指針是什么？指針是一個(gè)變量，它的值是另外一個(gè)變量的地址0x00C7指針變量int*p0x00C7變量inta上面例中的兩個(gè)0x00C7有什么區(qū)別？指針的基本概念指針的類型指針?biāo)鎯?chǔ)的那個(gè)變量類型，就稱為指針的類型有三個(gè)不同類型的指針：IntI[2],*pI=&I[0];右邊的三個(gè)運(yùn)算有何不同？pI++;CharC[2],*pC=&C[0];pC++;FloatF[2],*pF=&F[0];pF++;指針的三個(gè)要素指針指向的地址（指針的內(nèi)容）；指針指向的地址上的內(nèi)容；指針本身的地址。例：intA,*pA,**ppA; pA=&A; ppA=&pA;

&ppAppA*ppA**ppA

&pApA*pA

&AA指針的大?。ㄖ羔樧兞空加玫膬?nèi)存空間）與所用的CPU尋址空間大小和類型有關(guān)，而與指針類型無關(guān)。8位CPU的指針長(zhǎng)度為1~2個(gè)字節(jié)（51單片機(jī)的情況較為復(fù)雜，是1~3個(gè)字節(jié)）；16位CPU的指針長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié)（如MSP430）；32位CPU的指針長(zhǎng)度為4個(gè)字節(jié)（如Intel80386）。上面所述是通常情況，并不是全部符合。指針的初始化變量在沒有賦值之前，其值不定的。對(duì)于指針變量，可以表述為：指向不明程序訪問了一個(gè)沒有初始化的指針：int*p;p的內(nèi)存是隨機(jī)的一個(gè)數(shù)，比如：

0x3FF0073D程序隨即訪問內(nèi)存地址：

0x3FF0073D0x3FF0073D是哪里的內(nèi)存？說不定正好是Windows老大要用的內(nèi)存，你竟敢訪問！Windows一生氣，藍(lán)屏。

因此，指針在使用前一定要初始化；在使用前一定要確定指針是非空的?。?！

數(shù)組與指針C語言中只有一維數(shù)組，數(shù)組的大小必須在編譯時(shí)作為一個(gè)常數(shù)確定下來。數(shù)組的元素可以是任何類型，甚至是數(shù)組，由此可以方便地得到多維數(shù)組；數(shù)組的任何操作，即使采用數(shù)組下標(biāo)進(jìn)行的運(yùn)算都等于對(duì)應(yīng)的指針運(yùn)算?？梢杂弥羔樞袨樘娲鷶?shù)組下標(biāo)的運(yùn)算。

inta[4],*p; p=a;//等價(jià)于p=&a[0]; *(a+2)=0;//等價(jià)于a[2]=0; p[2]=0;//等價(jià)于a[2]=0;數(shù)組與指針但數(shù)組不同于指針：數(shù)組名a是指向數(shù)組起始位置的“常量”。因此，不能對(duì)數(shù)組名進(jìn)行賦值操作。例： inta[4],*p; p=a; a=p; p++; a++;數(shù)組與指針但數(shù)組不同于指針：數(shù)組名a是指向數(shù)組起始位置的“常量”。因此，不能對(duì)數(shù)組名進(jìn)行賦值操作。例： inta[4],*p; p=a;//正確 a=p;//錯(cuò)誤 p++;//正確 a++;//錯(cuò)誤空指針是個(gè)特殊指針值，也是唯一對(duì)任何指針類型都合法的指針值。一個(gè)指針變量具有空指針值，表示它當(dāng)時(shí)沒指向有意義的東西，處于閑置狀態(tài)?？罩羔樦涤?表示，這個(gè)值絕不會(huì)是任何程序?qū)ο蟮牡刂?。給一個(gè)指針賦值0就表示要它不指向任何有意義的東西。為了提高程序的可讀性，標(biāo)準(zhǔn)庫定義了一個(gè)與0等價(jià)的符號(hào)常量NULL，程序里可以寫：p=NULL;//注意不要與空字符NUL混淆，NUL等價(jià)于‘\0’或者：p=0;注意：在編程時(shí)，應(yīng)該將處于閑置的指針賦為空指針；在調(diào)用指針前一定要判斷是否為空指針，只有在非空情況下才能調(diào)用。通用指針通用指針可以指向任何類型的變量。通用指針的類型用(void*)表示，因此也稱為void指針。下面的第三行定義了兩個(gè)通用指針： intn,*p; double*q; void*gp1,*gp2;可以直接把任何變量的地址賦給通用指針，例如，有了上面定義，下面賦值是合法的： gp1=(void*)&n;可以把通用指針的值賦給普通的指針。如果被賦值指針與通用指針?biāo)缸兞康念愋筒环枰獙憦?qiáng)制轉(zhuǎn)換： p=(int*)gp1;函數(shù)指針函數(shù)指針即指向函數(shù)地址的指針。利用該指針可以知道函數(shù)在內(nèi)存中的位置。因此也可以利用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)。函數(shù)指針的定義方法：

<類型>(*<函數(shù)指針名>)(......)

例如：

int(*func)(void)

這里，func就是一個(gè)函數(shù)指針。

注意：int*func(void)和int(*func)(void)的區(qū)別

int*func(void);

int(*func)(void)；函數(shù)指針函數(shù)指針即指向函數(shù)地址的指針。利用該指針可以知道函數(shù)在內(nèi)存中的位置。因此也可以利用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)。函數(shù)指針的定義方法：

<類型>(*<函數(shù)指針名>)(......)

例如：

int(*func)(void)

這里，func就是一個(gè)函數(shù)指針。

注意：int*func(void)和int(*func)(void)的區(qū)別

int*func(void);//這是返回一個(gè)整型指針的函數(shù)

int(*func)(void)；//這是一個(gè)函數(shù)指針函數(shù)指針的使用例

：假定有下面的函數(shù)聲明

intptr；

intfn(int);

int(*fp)(int);

指出下面的語句是否合法？，為什么？。

fp=fn;

fp=fn(5);

fp=&ptr；函數(shù)指針的使用例

：假定有下面的函數(shù)聲明

intptr；

intfn(int);

int(*fp)(int);

指出下面的語句是否合法？，為什么？。

fp=fn;//正確，將函數(shù)fn的地址賦給fp

fp=fn(5);//錯(cuò)誤，返回給fp的結(jié)果不是一個(gè)函數(shù)地址。

fp=&ptr；//錯(cuò)誤，ptr的地址不在程序代碼區(qū)，兩種數(shù)據(jù)類型不能轉(zhuǎn)換。從上面的例子可以看出：不能將普通變量的地址賦給函數(shù)指針；不能將函數(shù)的調(diào)用賦給函數(shù)指針可以將函數(shù)名賦給一個(gè)函數(shù)指針函數(shù)指針的用途一旦函數(shù)可以通過指針被傳遞、被記錄，這開啟了許多應(yīng)用，特別是下列三者多態(tài)(polymorphism)：指用一個(gè)名字定義不同的函數(shù)，這函數(shù)執(zhí)行不同但又類似的操作，從而實(shí)現(xiàn)“一個(gè)接口，多種方法”多線程(multithreading)：將函數(shù)指針傳進(jìn)負(fù)責(zé)建立多線程的API中：例如Win32的CreateThread(...pF...)?；卣{(diào)(call-back)：所謂的回調(diào)機(jī)制就是：「當(dāng)發(fā)生某事件時(shí)，自動(dòng)呼叫某段程序代碼」。事件驅(qū)動(dòng)(event-driven)的系統(tǒng)經(jīng)常透過函數(shù)指針來實(shí)現(xiàn)回調(diào)機(jī)制，例如Win32的WinProc其實(shí)就是一種回調(diào)，用來處理窗口的訊息。函數(shù)指針數(shù)組例：在一個(gè)計(jì)算器的例子中，有如下一些語句：

switch(oper){

case

ADD:

result=add(op1,op2);

break;

case

SUB:

result=sub(op1,op2);

break;

...}

對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算器，switch語句將非常長(zhǎng)。我們可以用函數(shù)指針數(shù)組來完成。

double

add(double,double);

double

sub(double,double);

...

double

(*oper_func[])(double,double)={add,sub,...};第2個(gè)步驟是用下面語句替換前面整條switch語句：

result=oper_func[oper](op1,op2);

oper從數(shù)組中選擇正確的函數(shù)指針，而函數(shù)調(diào)用操作符將執(zhí)行這個(gè)函數(shù)。關(guān)于函數(shù)指針引用的說明標(biāo)準(zhǔn)寫法:(*pf)(arg1,arg2,…)；ANSIC中允許的簡(jiǎn)寫：pf(arg1,arg2,…)；注意：以上的寫法是簡(jiǎn)寫形式ASIXWindow中的函數(shù)指針typedefstructwindow_class{ U8 wndclass_id; STATUS(*create)(char*caption,U32style,U16x,U16y,U16width,U16hight,U32wndid,U32menu,void**ctrl_str,void*exdata); STATUS(*destroy)(void*ctrl_str); STATUS(*msg_proc)(U32win_id,U16asix_msg,U32lparam,void*data,U16wparam,void*reserved); STATUS(*msg_trans)(void*ctrl_str,U16msg_type,U32areaId,P_U16data,U32size,PMSGtrans_msg); STATUS(*repaint)(void*ctrl_str,U32lparam); STATUS(*move)(void*ctrl_str,U16x,U16y,U16width,U16hight,void*reserved); STATUS(*enable)(void*ctrl_str,U8enable); STATUS(*caption)(void*ctrl_str,char*caption,void*exdata); STATUS(*information)(void*ctrl_str,structasix_window*wndinfo);}WNDCLASS;ASIXWindow中的函數(shù)指針WNDCLASSWindowClass[]={{WNDCLASS_WIN, wn_create, wn_destroy, wn_msgproc, wn_msgtrans,wn_repaint, NULL,NULL,wn_caption,NULL},{WNDCLASS_BUTTON,Btn_create,Btn_destroy, Btn_msg_proc,Btn_msg_trans,Btn_repaint,NULL,Btn_enable,Btn_caption,NULL},{WNDCLASS_SELECT,sl_create,sl_destroy,sl_msg_proc,sl_msg_trans,sl_repaint,NULL,sl_enable, sl_caption,NULL},{WNDCLASS_SELECTCARD,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL},{WNDCLASS_MENU,menu_create,menu_destroy,menu_msgproc,menu_msgtrans,mn_repaint,NULL,NULL,NULL,NULL},{WNDCLASS_LIST, Lbox_create, Lbox_destroy,Lbox_msgproc,Lbox_msgtrans,lb_repaint,NULL,NULL,NULL,NULL},{WNDCLASS_KEYBD,kbd_create, kbd_destroy, kbd_msgproc,kbd_msgtrans,kbd_repaint,NULL,NULL,NULL,NULL},{WNDCLASS_SCROLL,sb_create, sb_destroy, sb_msgproc, sb_msgtrans,sb_repaint, NULL,sb_enable,NULL,NULL},{WNDCLASS_KEYBAR,kb_create, kb_destroy, kb_msgproc, kb_msgtrans,NULL,NULL, NULL,NULL, NULL},#ifdefASIX_DEBUG {WNDCLASS_TEST,tst_create,tst_destroy,tst_msgproc,tst_msgtrans,NULL,NULL,NULL,NULL,NULL} #endif };內(nèi)存陷阱！看看這段代碼有什么問題？char*DoSomething(…){ chari[32*1024]; memset(i,0,32*1024); … returni;{兩個(gè)重大問題：1，臨時(shí)變量是通過堆棧實(shí)現(xiàn)的，太大的臨時(shí)變量數(shù)組會(huì)沖掉堆棧2，返回堆棧中的地址是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)槎褩Ｖ械闹涤肋h(yuǎn)是不確定的看看這段代碼有什么問題？voidDoSomething(…){ inti; intj; intk; memset(&k,0,3*sizeof(int)); …}這段代碼的作用是將3個(gè)臨時(shí)變量清零但是這段代碼有兩個(gè)假設(shè)：1，編譯器將I,j,k三個(gè)變量通過堆棧表示2，壓棧順序是I,j,k(假設(shè)堆棧是滿遞減堆棧)3，如果K在寄存器怎么辦？對(duì)K取地址操作將產(chǎn)生DataAboart關(guān)于臨時(shí)變量不要對(duì)臨時(shí)變量作取地址操作，因?yàn)槟悴恢谰幾g器是否將這個(gè)變量映射到了寄存器不要返回臨時(shí)變量的地址，或臨時(shí)指針變量,因?yàn)槎褩Ｖ械膬?nèi)容是不確定的（出了這個(gè)函數(shù)，存放在堆棧中的局部變量就沒有意義了?。┎灰谏暾?qǐng)大的臨時(shí)變量數(shù)組，你的臨時(shí)變量是在堆棧中實(shí)現(xiàn)的，你有多大的堆棧呢？問題？現(xiàn)在要為一個(gè)矩形區(qū)域申請(qǐng)一塊內(nèi)存保存這塊的數(shù)據(jù)，如果每個(gè)Pixle占用2個(gè)bit，如何分配內(nèi)存？Char*buffer;buffer=malloc(x*y/4);Buffer=malloc(x*y/4+1);看看這段代碼有什么問題？char*DoSomething(…){ char*p,*q; if((p=malloc(1024))==NULL)returnNULL; if((q=malloc(2048))==NULL)returnNULL; … returnp;}如果q沒有申請(qǐng)到，首先應(yīng)該釋放p，然后再返回NULL！看看這段代碼有什么問題？voidFreeWindowsTree(windows*Root){ if(Root!=NULL) { window*pwnd; /*釋放pwndRoot的子窗口..*/ for(pwnd=Root->Child;pwnd!=NULL;pwnd=pwnd->Sibling) FreeWindowTree(pwnd); if(Root->strWndTitle!=NULL) FreeMemory(Root->strWndTitle); FreeMemory(Root); }}Pwnd已經(jīng)被釋放了，但是在for循環(huán)中被再次引用關(guān)于動(dòng)態(tài)內(nèi)存總是檢查動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配是否成功后再引用該指針！在分配struct空間是總是使用sizeof分配內(nèi)存時(shí)寧濫勿缺（別忘了加一）總是Free由malloc()函數(shù)返回的指針按照ANSIC標(biāo)準(zhǔn)Free函數(shù)是沒有返回值的錯(cuò)誤處理時(shí)不要忘了其他已分配空間的釋放動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配算法問題的提出按照調(diào)用者的要求分配合適大小的Mem，返回該內(nèi)存塊的首指針。如果沒有足夠的內(nèi)存返回空指針。用戶不再使用該內(nèi)存時(shí)可以調(diào)用Free函數(shù)釋放該內(nèi)存塊快速分配算法并盡量減少內(nèi)存碎片的情況ptrSize＝1為了方便管理，我們將內(nèi)存按照8