C缺陷与陷阱 — 4 指针与数组进阶
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1 理解指针与数组
（1）数组名在C语言中代表数组首元素的地址，因此它可以被当作指向数组首元素的指针使用。例如，如果有一个数组 int arr[10];，arr 就是指向数组第一个元素的指针。
（2）指针可以进行算术运算，特别是加上或减去整数，这会改变指针所指向的内存地址。对于数组的指针，每次加1，指针就会指向数组的下一个元素。例如，arr + 1 指向 arr[1]。
（3）任何指针都是指向某种类型的变量。例如，如下的语句可以帮助我们理解指针：
| 表达式 | 说明 |
| int i； | 整形变量i |
| int a[3]; | 声明一个数组，a表示指向数组第一个元素的指针 |
| *a = 84； | 将数组a中下标为0的元素的值设置为84 |
| *(a+i) | 数组a中下标为i的元素的引用，这种写法常用，因此它被简记为a[i]。 |
| int *p; | 表明p是一个指向整型变量的指针 |
| p=&i; | 将整型变量i的地址赋给指针p |
| *p=17; | 如果我们给p赋值，就能够改变i的取值 |
| int *q = p + i; | 如果 p 和 q 指向同一个数组中的元素，则 q-p 得到的是两个指针之间的元素个数差。在 p 指向数组第一个元素且 q 指向 p 后第 i 个元素的情况下，q-p 等于 i |
| p = a; | 将数组 a 的首地址（即下标为0的元素的地址）赋值给指针 p |
| p = &a; | 非法语句，因为&a是一个指向数组的指针，而p是一个指向整型变量的指针，它们的类型不匹配 |
（4）上面的案例针对以为数组，接下来看看二维数组的情形：
| 表达式 | 说明 |
| int calendar[12][31]; | 声明了一个二维数组calendar，它有12行31列，总共可以存储12个月份，每个月份31天的整数数据（假设每个月31天）。 |
| int *p; | 表明p是一个指向整型变量的指针 |
| int i; | 整形变量i |
| calendar[4] | calendar数组的第5个行的第一个元素的地址。 |
| p = calendar[4]; | 指针p指向calendar数组的第5行的第一个元素的地址 |
| p = calendar; | p指向calendar数组的首地址 |
| i = calendar[4][7]; i = *(calendar[4] + 7); i = *(*(calendar + 4) + 7); | 3个式子具有相同的含义，表示calendar数组第5行的第8个元素的值赋给变量i |
2 非数组的指针
在C语言中，字符串常量代表了一块包括字符串中所有字符以及一个空字符('\0')结尾的内存区域的地址。假定我们有两个这样的字符串 s 和 t，我们希望将这两个字符串连接成单个字符串r。要实现这一点，我们可以借助、库函数strcpy和strcat。分析如下几段代码的实现：
char *r;
strcpy(r, s);
strcat(r, t);
这段实现可能存在一些问题，首先我们并不知道为r所指向的位置，此外r并没有分配足够的内存，使用strcy和strcat将会导致缓冲区溢出，r应该指向一个足够大的内存区域，以存储s和t字符串的复制或连接结果。
char r[100];
strcpy(r, s);
strcat(r, t);
上面的代码同样存在相同的问题，C语言强制要求我们必须声明数组大小为一个常量，因此我们不够确保r足够大。C语言为实现此类问题提供了一个库函数malloc，该函数接受一个整数，然后分配能够容纳同样数目的字符的一块内存。代码如下：
char *r;
// 分配足够的内存来存储字符串s和t的连接结果，+1因为字符串末尾的空字符'\0'。
r = malloc(strlen(s) + strlen(t) + 1);
// 如果内存分配失败，调用complain函数来处理错误，并退出程序
if(!r){
complain();
exit(1);
}
strcpy(r, s);
strcat(r, t);
// 释放之前malloc分配的内存
free(r);
3 作为参数的数组声明
将数组作为函数参数毫无意义，所以C语言中会自动地将作为参数的数组声明转换为相应的指针声明。也就是说，下面两种写法等价：
int strlen(char s[])
{
}
int strlen(char* s)
用数组形式的记法经常会起到误导作用。如果一个指针参数代表一个数组，情况又是如何呢？一个常见的例子就是函数main的第二个参数：
main(int argc, char* argv[])
{
}
main(int argc, char* *argv)
{
}
前一种写法强调的重点在于argv是一个指向某数组的起始元素的指针，该数组的元素是一个char*类型的指针。后一种char** argv 表示 argv 是一个指向 char* 类型指针的指针，这意味着 argv 可以被用来存储指向字符数组（字符串）的指针的地址。
4 指针与字符串
4.1 通过指针修改字符串
C语言中一个常见的“陷阱”：混淆指针与指针所指向的数据，对于字符串的情形更是经常犯这种错误。例如下面的语句：
char *p, *q;
p = "xyz";
q = p;
第2行代码将字符串 "xyz" 的地址赋给指针变量 p，P的值是一个指向由'x'、'y'、'z'和'\0'这4个字符组成的数组的起始元素的指针。因此，如果我们第3行代码，可以用下图来表示这种情况：
因此，当我们执行完下面的语句之后：
q[1]='Y':q所指向的内存现在存储的是字符串xYz。因为p和q所指向的是同一块内存，所以p指向的内存中存储的当然也是字符串xYz。
4.2 空指针并非空字符串
空字符串是一个以空字符（\0）结尾的字符串字面量，它的长度为0。空字符串在内存中占用一个字符的空间，即空字符本身。
在C语言中将一个整数转换为一个指针，最后得到的结果都取决于具体的C编译器实现。但是常数0是一个特殊情况，编译器保证由0转换而来的指针不等于任何有效的指针。常数0这个值经常用一个符号来代替：
#define NULL 0需要记住的重要一点是，当常数0被转换为指针使用时，这个指针绝对不能被解除引用。换句话说，当我们将0赋值给一个指针变量时，绝对不能使用该指针所指向的内存中存储的内容。下面的写法是完全合法的：
if(p == (char*) 0);但是如果要写成这样：
if (strcmp(p, (char *0)) == 0);就是非法的了，原因在于库函数stremp的实现中会包括查看它的指针参数所指向内存中的内容的操作。
如果P是一个空指针，下面的的行为也是未定义的。而且，与此类似的语句在不同的计算机上会有不同的效果。
printf(p);
printf("&s",p);
5 边界计算与不对称边界
一个拥有n个元素的数组，却不存在下标为n的元素，它的元素的下标范围是从0到n-1为此，分析如下的一段代码：
int i, a[10];
for(i = 1; i <= 10; i++)
a[i] = 0;
这段代码本意是要设置数组a中所有元素为0，却产生了一个出人意料的“副效果”。在for语句的比较部分本来是i<10，却写成了i<=10，数组 a 只有10个元素，索引范围是0到9。当循环尝试访问 a[10] 时，它实际上访问了一个数组之外的内存位置，这将导致未定义行为，通常是程序崩溃或内存损坏。
6 野指针
野指针是指不指向任何有效内存块的指针。野指针的存在通常是由于指针所指向的内存已经被释放、删除或者回收，但是指针本身未被正确地更新或置空。野指针产生有如下原因：
指针变量的值未被初始化： 声明一个指针的时候，没有显示的对其进行初始化，那么该指针所指向的地址空间是不确定的。
#include <stdio.h>
int main() {
int *ptr; // 指针未初始化
printf("%d\n", *ptr); // 未定义行为，因为ptr指向的地址不确定
return 0;
}
指针所指向的地址空间已经被free或delete：在堆上malloc或者new出来的地址空间，如果已经free或delete，那么此时堆上的内存已经被释放，但是指向该内存的指针如果没有人为的修改过，那么指针还会继续指向这段堆上已经被释放的内存，这时还通过该指针去访问堆上的内存，就会造成不可预知的结果，给程序带来隐患。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
int *ptr = malloc(sizeof(int)); // 动态分配内存
if (ptr != NULL) {
*ptr = 10; // 存储一个值
free(ptr); // 释放内存
}
printf("%d\n", *ptr); // 未定义行为，因为ptr指向的内存已经被释放
return 0;
}
指针操作超越了作用域：指针指向的内存区域不在作用域内，但程序仍然尝试通过这个指针来访问或修改内存。
void func() {
int localVar = 20;
int *ptr = &localVar;
}
int main() {
func(); // localVar 在func的作用域内
int *ptr = NULL;
ptr = &localVar; // 错误：localVar的作用域在func内，而ptr在func外
printf("%d\n", *ptr); // 未定义行为，因为ptr指向的localVar已经不再有效
return 0;
}
解决办法：
（1）初始化置NULL
（2）申请内存后判空：malloc申请内存后需要判空，而在现行C++标准中，如C++11，使用new申请内存后不用判空，因为发生错误将抛出异常。
（3）指针释放后置NULL
原文地址：https://blog.csdn.net/qq_41921826/article/details/143828533
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