這似乎是一個很凝重的話題，但是它真的很有趣。

1. 指針是指向某一類型的東西，任何一個整體，只要能稱為整體就能擁有它自己的獨一無二的指針類型，所以指針的類型其實是近似無窮無盡的

2. 函數(shù)名在表達式中總是以函數(shù)指針的身份呈現(xiàn)，除了取地址運算符以及sizeof

3. C語言最晦澀難明的就是它復(fù)雜的聲明: void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int),試試著把它改寫成容易理解的形式

4. 對于指針，盡最大的限度使用const保護它，無論是傳遞給函數(shù)，還是自己使用

先來看看一個特殊的指針，姑且稱它為指針，因為它依賴于環(huán)境: NULL，是一個神奇的東西。先附上定義，在編譯器中會有兩種NULL(每種環(huán)境都有唯一確定的NULL):

#define NULL 0
#define NULL ((void*)0)

有什么區(qū)別嗎？看起來沒什么區(qū)別都是0，只不過一個是常量，一個是地址為0的指針。

當(dāng)它們都作為指針的值時并不會報錯或者警告，即編譯器或者說C標準認為這是合法的:

int* temp_int_1 = 0; //無警告
int* temp_int_2 = (void*)0; //無警告
int* temp_int_3 = 10; //出現(xiàn)警告

為什么？為什么0可以賦值給指針，但是10卻不行？他們都是常量。

因為C語言規(guī)定當(dāng)處理上下文的編譯器發(fā)現(xiàn)常量0出現(xiàn)在指針賦值的語句中，它就作為指針使用，似乎很扯淡，可是卻是如此。

回到最開始，對于NULL的兩種情況，會有什么區(qū)別？拿字符串來說，實際上我是將字符數(shù)組看作是C風(fēng)格字符串。

在C語言中，字符數(shù)組是用來存儲一連串有意義的字符，默認在這些字符的結(jié)尾添加'\0'，好這里又出現(xiàn)了一個0值。

對于某些人，在使用字符數(shù)組的時候總是分不清楚NULL與'\0'的區(qū)別而誤用，在字符數(shù)組的末尾使用NULL是絕對錯誤的！雖然它們的本質(zhì)都是常量0，但由于位置不同所以含義也不同。

開胃菜已過

對于一個函數(shù)，我們進行參數(shù)傳遞，參數(shù)有兩種形式: 形參與實參

int function(int value)
{
    /*...*/
}
//...
function(11);

其中，value是形參，11是實參，我們知道場面上，C語言擁有兩種傳遞方式:按值傳遞和按址傳遞，但是你是否有認真研究過？這里給出一個實質(zhì)，其實C語言只有按值傳遞，所謂按址傳遞只不過是按值傳遞的一種假象。至于原因稍微一想便能明白。

對于形參和實參而言兩個關(guān)系緊密，可以這么理解總是實參將自己的一份拷貝傳遞給形參，這樣形參便能安全的使用實參的值，但也帶給我們一些麻煩，最經(jīng)典的交換兩數(shù)

void swap_v1(int* val_1, int* val_2)
{
  int temp = *val_1;
  *val_1 = *val_2;
  *val_2 = *val_1;
}

這就是所謂的按址傳遞，實際上只是將外部指針(實參)的值做一個拷貝，傳遞給形參val_1與val_2，實際上我們使用:

#define SWAP_V2(a, b) (a += b, b = a - b, a -= b)
#define SWAP_V3(x, y) {x ^= y; y ^= x; x ^= y}

試一試是不是很神奇，而且省去了函數(shù)調(diào)用的時間，空間開銷。上述兩種寫法的原理實質(zhì)是一樣的。

但是，動動腦筋想一想，這種寫法真的沒有瑕疵嗎？如果輸入的兩個參數(shù)本就指向同一塊內(nèi)存，會發(fā)生什么？

...
int test_1 = 10, test_2 = 100;
SWAP_V2(test_1, test_2);          
printf("Now the test_1 is %d, test_2 is %d\n", test_1, test_2);
.../*恢復(fù)原值*/
SWAP_V2(test_1, test_1);
printf("Now the test_1 is %d\n", test_1);  

會輸出什么？:

$: Now the test_1 is 100, test_2 is 10
$: Now the test_1 is 0

對，輸出了0，為什么？稍微動動腦筋就能相通，那么對于后面的SWAP_V3亦是如此，所以在斟酌之下，解決方案應(yīng)該盡可能短小精悍:

static inline void swap_final(int* val_1, int* val_2)
{
  if(val_1 == val_2)
    return;
  *val_1 ^= *val_2;
  *val_2 ^= *val_1;
  *val_1 ^= *val_2;
}
#define SWAP(x, y) \
do{         \
  if(&x == &y)  \
    break;   \
  x ^= y;   \
  y ^= x;   \
  x ^= y;   \
}while(0)

這便是目前能找到最好的交換函數(shù)，我們在此基礎(chǔ)上可以考慮的更深遠一些，如何讓這個交換函數(shù)更加通用？即適用范圍更大？暫不考慮浮點類型。 提示：可用void*

與上面的情況類似，偶爾的不經(jīng)意就會造成嚴重的后果:

int combine_1(int* dest, int* add)
{
  *dest += *add;
  *dest += *add;
  return *dest;
}
int combine_2(int* dest, int* add)
{
  *dest = 2* (*add);//在不確定優(yōu)先級時用括號是一個明智的選擇
  return *dest;
}

上述兩個函數(shù)的功能一樣嗎？恩看起來是一樣的

int test_3 = 10, test_4 = 100;

combine_1(&test_3, &test_4);
printf("After combine_1, test_3 = %d\n",test_3);
.../*恢復(fù)原值*/
combine_2(&test_3, &test_4);
printf("After combine_2, test_3 = %d\n",test_3);

輸出

$: After combine_1, test_3 = 210

$: After combine_2, test_3 = 210

如果傳入兩個同一對象呢？

... /*恢復(fù)test_3原值*/
combine_1(&test_3, &test_3);
printf("After second times combine_1, test_3 = %d\n",test_3);
...
combine_2(&test_3, &test_3);
printf("After second times combine_2, test_3 = %d\n",test_3);

輸出

$: After second times combine_1, test_3 = 30

$: After second times combine_2, test_3 = 20

知道真相總是令人吃驚，指針也是那么令人又愛又恨。

C99 標準之后出現(xiàn)了一個新的關(guān)鍵字， restrict，被用于修飾指針，它并沒有太多的顯式作用，甚至加與不加，在 你自己 看來，效果毫無區(qū)別。但是反觀標準庫的代碼中，許多地方都使用了該關(guān)鍵字，這是為何

• 首先這個關(guān)鍵字是寫給編譯器看的
• 其次這個關(guān)鍵字的作用在于輔助編譯器更好的優(yōu)化該程序
• 最后，如果不熟悉，絕對不要亂用這個關(guān)鍵字。

關(guān)于數(shù)組的那些事

數(shù)組和指針一樣嗎？

不一樣

要時刻記住，數(shù)組與指針是不同的東西。但是為什么下面代碼是正確的？

int arr[10] = {10, 9, 8, 7};
int* parr = arr;

我們還是那句話，結(jié)合上下文，編譯器推出 arr處于賦值操作符的右側(cè)，默默的將他轉(zhuǎn)換為對應(yīng)類型的指針，而我們在使用arr時也總是將其當(dāng)成是指向該數(shù)組內(nèi)存塊首位的指針。

//int function2(const int test_arr[10]
//int function2(const int test_arr[]) 考慮這三種寫法是否一樣
int function2(const int* test_arr)
{
  return sizeof(test_arr);
}
...
int size_out = sizeof(arr);
int size_in = function2(arr);

printf("size_out = %d, size_in = %d\n", size_out, size_in);

輸出:

size_out = 40, size_in = 8

這就是為什么數(shù)組與指針不同的原因所在，在外部即定義數(shù)組的代碼塊中，編譯器通過上下文發(fā)覺此處arr是一個數(shù)組，而arr代表的是一個指向10個int類型的數(shù)組的指針，只所謂最開始的代碼是正確的，只是因為這種用法比較多，就成了標準的一部分。就像世上本沒有路，走的多了就成了路。"正確"的該怎么寫

int (*p)[10] = &arr;

此時p的類型就是一個指向含有10個元素的數(shù)組的指針,此時(*p)[0]產(chǎn)生的效果是arr[0]，也就是parr[0]，但是(*p)呢？這里不記錄，結(jié)果是會溢出，為什么？

這就是數(shù)組與指針的區(qū)別與聯(lián)系，但是既然我們可以使用像parr這樣的指針，又為什么要寫成int (*p)[10]這樣丑陋不堪的模式呢？原因如下:

回到最開始說過的傳遞方式，按值傳遞在傳遞arr時只是純粹的將其值進行傳遞，而丟失了上下文的它只是一個普通指針，只不過我們程序員知道它指向了一塊有意義的內(nèi)存的起始位置，我想要將數(shù)組的信息一起傳遞，除了額外增加一個參數(shù)用來記錄數(shù)組的長度以外，也可以使用這個方法，傳遞一個指向數(shù)組的指針 這樣我們就能只傳遞一個參數(shù)而保留所有信息。但這么做的也有限制:對于不同大小，或者不同存儲類型的數(shù)組而言，它們的類型也有所不同

 int arr_2[5];
 int (*p_2)[5] = &arr_2;
 float arr_3[5];
 float (*p_3)[5] = &arr_3;

如上所示，指向數(shù)組的指針必須明確指定數(shù)組的大小，數(shù)組存儲類型，這就讓指向數(shù)組的指針有了比較大的限制。

這種用法在多維數(shù)組中使用的比較多，但總體來說平常用的并不多，就我而言，更傾向于使用一維數(shù)組來表示多維數(shù)組，實際上誠如前面所述，C語言是一個非常簡潔的語言，它沒有太多的廢話，就本質(zhì)而言C語言并沒有多維數(shù)組，因為內(nèi)存是一種線性存在，即便是多維數(shù)組也是實現(xiàn)成一維數(shù)組的形式。

就多維數(shù)組在這里解釋一下。所謂多維數(shù)組就是將若干個降一維的數(shù)組組合在一起，降一維的數(shù)組又由若干個更降一維的數(shù)組組合在一起，直到最低的一維數(shù)組，舉個例子:

int dou_arr[5][3];

就這個二維數(shù)組而言，將5個每個為3個int類型的數(shù)組組合在一起，要想指向這個數(shù)組該怎么做？

  int (*p)[3]    = &dou_arr[0];
  int (*dou_p)[5][3] = &dou_arr;
  int (*what_p)[3]  = dou_arr;

實際上多維數(shù)組只是將多個降一維的數(shù)組組合在一起，令索引時比較直觀而已。當(dāng)真正理解了內(nèi)存的使用，反而會覺得多維數(shù)組帶給自己更多限制 對于第三句的解釋，當(dāng)數(shù)組名出現(xiàn)在賦值號右側(cè)時，它將是一個指針，類型則是 指向該數(shù)組元素的類型，而對于一個多維數(shù)組來說，其元素類型則是其降一維數(shù)組，即指向該降一維數(shù)組的指針類型。這個解釋有點繞，自己動手寫一寫就好很多。

對于某種形式下的操作，我們總是自然的將相似的行為結(jié)合在一起考慮。考慮如下代碼:

int* arr_3[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int* p_4   = arr_3;

printf("%d == %d == %d ?\n", arr_3[2], *(p_4 + 2), *(arr_3 + 2));

輸出: 3 == 3 == 3 ? 實際上對于數(shù)組與指針而言， []操作在大多數(shù)情況下都能有相同的結(jié)果，對于指針而言*(p_4 + 2)相當(dāng)于p_4[2]，也就是說[]便是指針運算的語法糖，有意思的是2[p_4]也相當(dāng)于p_4[2]，"Iamastring"[2] == 'm'，但這只是娛樂而已，實際中請不要這么做，除非是代碼混亂大賽或者某些特殊用途。 在此處，應(yīng)該聲明的是這幾種寫法的執(zhí)行效率完全一致，并不存在一個指針運算便快于[]運算，這些說法都是上個世紀的說法了，隨著時代的發(fā)展，我們應(yīng)該更加注重代碼整潔之道

在此處還有一種奇異又實用的技巧，在char數(shù)組中使用指針運算進行操作，提取不同類型的數(shù)據(jù)，或者是在不同類型數(shù)組中，使用char*指針抽取其中內(nèi)容，才是顯示指針運算的用途。但在使用不同類型指針操作內(nèi)存塊的時候需要注意，不要操作無意義的區(qū)域或者越界操作。

實際上，最簡單的安全研究之一，便是利用溢出進行攻擊。

Advance:對于一個函數(shù)中的某個數(shù)組的增長方向，總是向著返回地址的，中間可能隔著許多其他自動變量，我們只需要一直進行溢出試驗，直到某一次，該函數(shù)無法正常返回了！那就證明我們找到了該函數(shù)的返回地址存儲地區(qū)，這時候我們可以進行一些操作，例如將我們想要的返回地址覆蓋掉原先的返回地址，這就是所謂的溢出攻擊中的一種。

內(nèi)存的使用的那些事兒

你一直以為你操作的是真實物理內(nèi)存，實際上并不是，你操作的只是操作系統(tǒng)為你分配的資格虛擬地址，但這并不意味著我們可以無限使用內(nèi)存，那內(nèi)存賣那么貴干嘛，實際上存儲數(shù)據(jù)的還是物理內(nèi)存，只不過在操作系統(tǒng)這個中介的介入情況下，不同程序窗口(可以是相同程序)可以共享使用同一塊內(nèi)存區(qū)域，一旦某個傻大個程序的使用讓物理內(nèi)存不足了，我們就會把某些沒用到的數(shù)據(jù)寫到你的硬盤上去，之后再使用時，從硬盤讀回。這個特性會導(dǎo)致什么呢？假設(shè)你在Windows上使用了多窗口，打開了兩個相同的程序:

...
int stay_here;
char tran_to_int[100];
printf("Address: %p\n", &stay_here);

fgets(tran_to_int, sizeof(tran_to_int), stdin);
sscanf(tran_to_int, "%d", &stay_here);

for(;;)
{
  printf("%d\n", stay_here);
  getchar();
  ++stay_here;
}
...

對此程序(引用前橋和彌的例子)，每敲擊一次回車，值加1。當(dāng)你同時打開兩個該程序時，你會發(fā)現(xiàn)，兩個程序的stay_here都是在同一個地址，但對它進行分別操作時，產(chǎn)生的結(jié)果是獨立的！這在某一方面驗證了虛擬地址的合理性。虛擬地址的意義就在于，即使一個程序出現(xiàn)了錯誤，導(dǎo)致所在內(nèi)存完蛋了，也不會影響到其他進程。對于程序中部的兩個讀取語句，是一種理解C語言輸入流本質(zhì)的好例子，建議查詢用法，這里稍微解釋一下:

通俗地說，fgets將輸入流中由調(diào)用起，stdin輸入的東西存入起始地址為tran_to_int的地方，并且最多讀取sizeof(tran_to_int)個，并在后方sscanf函數(shù)中將剛才讀入的數(shù)據(jù)按照%d的格式存入stay_here，這就是C語言一直在強調(diào)的流概念的意義所在，這兩個語句組合看起來也就是讀取一個數(shù)據(jù)這么簡單，但是我們要知道一個問題，一個關(guān)于scanf的問題

 scanf("%d", &stay_here);

這個語句將會讀取鍵盤輸入，直到回車之前的所有數(shù)據(jù)，什么意思？就是回車會留在輸入流中，被下一個輸入讀取或者丟棄。這就有可能會影響我們的程序，產(chǎn)生意料之外的結(jié)果。而使用上當(dāng)兩句組合則不會。

函數(shù)與函數(shù)指針的那些事

事實上，函數(shù)名出現(xiàn)在賦值符號右邊就代表著函數(shù)的地址

int function(int argc){ /*...*/
}
...
int (*p_fun)(int) = function;
int (*p_fuc)(int) = &function;//和上一句意義一致

上述代碼即聲明并初始化了函數(shù)指針，p_fun的類型是指向一個返回值是int類型，參數(shù)是int類型的函數(shù)的指針

p_fun(11);
(*p_fun)(11);
function(11);

上述三個代碼的意義也相同，同樣我們也能使用函數(shù)指針數(shù)組這個概念

int (*p_func_arr[])(int) = {func1, func2,};

其中func1,func2都是返回值為int參數(shù)為int的函數(shù)，接著我們能像數(shù)組索引一樣使用這個函數(shù)了。

Tips: 我們總是忽略函數(shù)聲明，這并不是什么好事。

在C語言中，因為編譯器并不會對有沒有函數(shù)聲明過分深究，甚至還會放縱，當(dāng)然這并不包含內(nèi)聯(lián)函數(shù)(inline)，因為它本身就只在本文件可用。
比如，當(dāng)我們在某個地方調(diào)用了一個函數(shù)，但是并沒有聲明它：

 CallWithoutDeclare(100); //參數(shù)100為 int 型

那么，C編譯器就會推測，這個使用了int型參數(shù)的函數(shù)，一定是有一個int型的參數(shù)列表，一旦函數(shù)定義中的參數(shù)列表與之不符合，將會導(dǎo)致參數(shù)信息傳遞錯誤(編譯器永遠堅信自己是對的！)，我們知道C語言是強類型語言，一旦類型不正確，會導(dǎo)致許多意想不到的結(jié)果(往往是Bug)發(fā)生。

對函數(shù)指針的調(diào)用同樣如此
C語言中malloc的那些事兒

我們常常見到這種寫法:

int* pointer = (int*)malloc(sizeof(int));

這有什么奇怪的嗎？看下面這個例子:

int* pointer_2 = malloc(sizeof(int));

哪個寫法是正確的？兩個都正確，這是為什么呢，這又要追求到遠古C語言時期，在那個時候， void* 這個類型還沒有出現(xiàn)的時候，malloc 返回的是 char* 的類型，于是那時的程序員在調(diào)用這個函數(shù)時總要加上強制類型轉(zhuǎn)換，才能正確使用這個函數(shù)，但是在標準C出現(xiàn)之后，這個問題不再擁有，由于任何類型的指針都能與 void* 互相轉(zhuǎn)換，并且C標準中并不贊同在不必要的地方使用強制類型轉(zhuǎn)換，故而C語言中比較正統(tǒng)的寫法是第二種。

題外話: C++中的指針轉(zhuǎn)換需要使用強制類型轉(zhuǎn)換，而不能像第二種例子，但是C++中有一種更好的內(nèi)存分配方法，所以這個問題也不再是問題。

Tips:

C語言的三個函數(shù)malloc, calloc, realloc都是擁有很大風(fēng)險的函數(shù)，在使用的時候務(wù)必記得對他們的結(jié)果進行校驗，最好的辦法還是對他們進行再包裝，可以選擇宏包裝，也可以選擇函數(shù)包裝。
realloc函數(shù)是最為人詬病的一個函數(shù)，因為它的職能過于寬廣，既能分配空間，也能釋放空間，雖然看起來是一個好函數(shù)，但是有可能在不經(jīng)意間會幫我們做一些意料之外的事情，例如多次釋放空間。正確的做法就是，應(yīng)該使用再包裝閹割它的功能，使他只能進行擴展或者縮小堆內(nèi)存塊大小。
指針與結(jié)構(gòu)體

typedef struct tag{
    int value;
    long vari_store[1];
}vari_struct;

乍一看，似乎是一個很中規(guī)中矩的結(jié)構(gòu)體

...
vari_struct vari_1;
vari_struct* vari_p_1 = &vari_1;
vari_struct* vari_p_2 = malloc(sizeof(vari_struct))(

似乎都是這么用的，但總有那么一些人想出了一些奇怪的用法

int     what_spa_want = 10;
vari_struct* vari_p_3 = malloc(sizeof(vari_struct) + sizeof(long)*what_spa_want);

這么做是什么意思呢？這叫做可變長結(jié)構(gòu)體，即便我們超出了結(jié)構(gòu)體范圍，只要在分配空間內(nèi)，就不算越界。what_spa_want解釋為你需要多大的空間，即在一個結(jié)構(gòu)體大小之外還需要多少的空間，空間用來存儲long類型，由于分配的內(nèi)存是連續(xù)的，故可以直接使用數(shù)組vari_store直接索引。 而且由于C語言中，編譯器并不對數(shù)組做越界檢查，故對于一個有N個數(shù)的數(shù)組arr，表達式&arr[N]是被標準允許的行為，但是要記住arr[N]卻是非法的。 這種用法并非是娛樂，而是成為了標準(C99)的一部分，運用到了實際中

對于內(nèi)存的理解

在內(nèi)存分配的過程中，我們使用 malloc 進行分配，用 free 進行釋放，但這是我們理解中的分配與釋放嗎？ 在調(diào)用 malloc 時，該函數(shù)或使用 brk() 或使用 nmap() 向操作系統(tǒng)申請一片內(nèi)存，在使用時分配給需要的地方，與之對應(yīng)的是 free，與我們硬盤刪除東西一樣，實際上:

int* value = malloc(sizeof(int)*5);
...
free(value);
printf("%d\n", value[0]);

代碼中，為什么在 free 之后，我又繼續(xù)使用這個內(nèi)存呢？因為 free 只是將該內(nèi)存標記上釋放的標記，示意分配內(nèi)存的函數(shù)，我可以使用，但并沒有破壞當(dāng)前內(nèi)存中的內(nèi)容，直到有操作對它進行寫入。 這便引申出幾個問題:

Bug更加難以發(fā)現(xiàn)，讓我們假設(shè)，如果我們有兩個指針p1,p2指向同一個內(nèi)存，如果我們對其中某一個指針使用了 free(p1); 操作，卻忘記了還有另一個指針指向它，那這就會導(dǎo)致很嚴重的安全隱患，而且這個隱患十分難以發(fā)現(xiàn)，原因在于這個Bug并不會在當(dāng)時顯露出來，而是有可能在未來的某個時刻，不經(jīng)意的讓你的程序崩潰。
有可能會讓某些問題更加簡化，例如釋放一個條條相連的鏈表域。
總的來說，還是那句話C語言是一把雙刃劍。