c语言学习8
指针复习：
什么是指针：
数据类型 定义指针变量 整型 内存编号 访问对应内存
为什么使用指针：
1、函数之间共享变量
输入、输出
2、提高传参效率
指针变量4\8字节
3、使用堆内存时
如何使用指针：
定义：类型* 变量名_p;
变量名以p结尾与普通变量以示区分
一个只能定义一个指针变量
初始化为NULL
类型决定了能够连续访问的字节数
赋值：变量名_p = 有效地址
p = &变量名
p = malloc(字节数)
解引用：变量名_p;
通过指针变量中存储的整数编号去访问内存
该过程很可能产生段错误，是由于赋值时的内存地址非法导致的
指针需要注意的问题：
空指针：值为NULL的指针叫做空指针
对空指针解引用一定段错误，用于初始化以及函数返回值的错误标志
如何避免空指针带来的段错误：
来历不明的指针使用前先判断
函数的返回值\函数的参数
野指针：指针的值不确定
对野指针解引用的后果：
1、一切正常
2、段错误
3、脏数据
野指针的危害比空指针要大，因为无法分辨是否是野指针
如何不产生野指针：
1、指针一定要初始化
2、不要返回局部变量的地址
3、堆内存释放后，指向堆内存的指针及时置空
指针运算：
指针 + n 前进n个元素宽度
指针 - n 后退n个元素宽度
指针 - 指针 计算出两个指针之间间隔了多少个元素，必须类型相同才能相减
指针与const：
const int* p\ int const p 保护指针指向的内存不能修改
int const p 保护指针的指向不能修改
当函数的参数是指针，但是又不想被函数共享修改时，考虑使用const保护
指针数组与数组指针：
指针数组：成员是指针变量的数组
int* arr[10];
数组指针：专门指向数组的指针
int (*p)[10];
指向长度为10，成员为int类型的数组的指针
指针与数组名区别：
数组名就是数组的首地址，它与数组首地址是映射关系，相当于一个特殊的指针，但是它是个常量，不能修改
数组作为函数的参数传递时，蜕变成指针，因此长度丢失
指针是变量，它与存储的地址之间是指向关系，是可以更改的
当一个指针指向数组首地址时，指针可以当做数组名使用，数组名也可以当做指针使用
int* p;
int arr[10]
p[i] == *(p+i)
arr[i] == *(arr+i)
sizeof(arr) 计算数组的总字节
sizeof(&arr) sizeof(&arr[0])
sizeof(p) 4/8
二级指针：
指向指针的指针，存储的是指针变量的地址
定义：int** 变量名_pp;
赋值：变量名_pp = &指针变量;
解引用：*变量名_pp == 指针变量;
**指针变量 == *指针变量 == 数据
注意：
当函数间需要共享普通变量时，传递一级指针
当函数间需要共享指针变量时，传递二级指针（也就是说当函数内部想要修改指针的值或者指针的所指向的内容，都需要用到二级指针）
一、函数指针
函数名就是一个地址(整数)，代表了该函数在代码段中的位置
函数指针就是专门指向某种函数的指针，它里面存储的是该函数在代码段中的位置(函数名)
例子：
int (*funcp)(const char*, ...) = scanf;
funcp是指向返回值为int，参数为const char*和...这样函数的指针
funcp("%d",&num);
typedef 返回值类型 (*FP)(参数类型1,参数类型2,...);
FP 相当于函数指针类型 可以用于定义函数指针变量
FP funcp;
funcp(实参1，实参2)
回调模式的函数：
void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size,
int (*compar)(const void *, const void *));
二、万能指针：void*
在C语言中，任意类型的指针可以自动转换为void，void类型的指针也可以自动转换为任意类型
三、堆内存
什么是堆内存：
是进程的一个内存段(text、data、bss、stack、heap)
由程序员手动管理
特点是足够大，缺点是使用麻烦
为什么要使用堆内存：
1、随着程序的复杂数据量变多
2、其它内存段的申请和释放不受控制，堆内存的申请释放受控制
如何使用堆内存：
注意：C语言中没有任何控制堆内存的语句，只能通过C标准库提供的函数进行使用
#include <stdlib.h>
void *malloc(size_t size);
功能：从堆内存中申请size个字节的内存，申请成功会得到连续的内存
返回值：成功时返回申请到的连续内存的首地址，失败返回NULL
注意：malloc不会专门对申请到的内存清理为0
void free(void *ptr);
功能：释放一段堆内存，只是释放使用权，不会专门清理内存数据
ptr：要释放的堆内存的首地址
注意：free不能连续释放同一个地址和非法地址
但是可以free(NULL)
void *calloc(size_t nmemb, size_t size);
功能：从堆内存中申请nmemb个大小为size字节的一块连续内存
返回值：成功时返回申请到的连续内存的首地址，失败返回NULL
注意：通过calloc申请到的内存会全部清理为0
依然是一块连续的堆内存
void *realloc(void *ptr, size_t size);
功能：改变已有堆内存块的大小
ptr：待调整的内存块首地址
size：是调整后的内存块的字节数
返回值：是调整后的内存块首地址，有可能会改变，因此必须重新接收新地址
如果不能在原内存块的基础上调整：
1、申请一块新的符合要求的内存块
2、把原内存中的内容拷贝到新内存中
3、把原内存释放并返回新内存的首地址
malloc的内存管理机制：
1、当首次向malloc申请内存时，malloc会向操作系统申请堆内存，操作系统会直接分配33页(1页=4096字节)内存给malloc管理，但这样不意味着可以越界访问，因为malloc可能会把内存分配给"其他人"使用，这样就产生了脏数据
2、每个内存块之间一定会有一些空隙(4~12字节)，一部分空隙是为了内存对齐，其中一定有4个字节用于记录malloc的维护信息，如果维护信息被破坏会影响下一次的free的调用
使用堆内存时需要注意的问题：
内存泄漏：
内存无法使用，也无法被释放，当再次需要时只能重新申请，然后又重复以上过程，日积月累后会导致系统中可用的内存越来越少
注意：程序一旦结束，属于它的所有资源都会被操作系统回收
如何尽量避免内存泄漏：
谁申请的谁释放，谁知道该释放谁释放
如何判断定位内存泄漏：
1、查看内存的使用情况
windows 任务管理器 Linux 命令ps -aux
2、代码分析工具mtrace，检查malloc、free的使用情况
3、封装新的malloc和free函数，记录调用信息到日志中
void zzxx_malloc(size_t size)
{
void p = malloc(size);
// 记录时间、行数、所属函数等信息到日志中
return p;
}
void zzxx_free(void* ptr)
{
free(ptr);
// 记录到日志中
}
内存碎片：
已经被释放但是又无法继续使用的内存叫做内存碎片，是由于申请和释放的时间不协调导致的，内存碎片无法避免只能尽量减少
*如何减少内存碎片：
1、尽量使用栈内存，栈内存不会产生内存碎片
2、不要频繁地申请和释放内存
3、尽量申请大块内存自己管理
内存清理函数：
#include <strings.h>
void bzero(void *s, size_t n);
功能：把一块内存全部清理为0
s：内存块的首地址
n：要清理的内存字节数
#include <string.h>
void *memset(void *s, int c, size_t n);
功能：把内存块按字节设置为c
s：内存块的首地址
c：想要设置的ASCII码值
n：要设置的内存字节数
返回值：返回设置后的内存首地址 s
链式调用：一个函数的返回值可以作为另一个函数的参数
free(memset(p,0,100));
堆内存中定义二维数组：
指针数组：
类型名* arr[n];
for(int i=0; i<n; i++)
{
arr[i] = malloc(sizeof(类型)*m);
}
申请到 n行m列 的二维数组，每行内存可能不连续
注意：每一行的m值可不同，可以得到不规则的二维数组
缺点：容易产生内存碎片
优点：可以不规则、容易申请成功
数组指针：
类型名 (*arrp)[m] = malloc(sizeof(类型)*m*n);
申请到 n行m列 的二维数组，并且全部内存都是连续的
优点：不容易产生内存碎片
缺点：相对而已对内存要求更高
注意：无论哪种方式申请，最后都是当做二维数组访问arr[i][j]
堆内存管理：
C语言没有管理堆内存的语句，只能使用标准库的函数
#include <stdlib.h>
void* malloc(size_t size);
注意：void* 在C++编译器中是不能自动转换成其它类型的指针，如果想让代码也在C++编译器中兼容，需要强制类型转换
int* p = (int*)malloc(4);
注意：C编译器不允许在main函数之前调用函数，但C++允许
void free(void* ptr);
注意：不要重复释放，不要释放非法地址，但可以释放NULL
一、字符串
字符：人能看得懂的符号或图案，在内存中以整数形式存储，根据ASCII码表中的对应关系显示出相应的符号或图案
'\0' 0 空字符
'0' 48
'A' 65
'a' 97
串：是一种数据结构，存储类型相同的若干个数据
对于串型结构的处理是批量性的，会从头开始直到遇到结束标志停止
字符串：
由字符组成的串型结构，结束标志是 '\0'
二、字符串的存在形式
字符数组：
char str[10] = {'a','b','c',...};
由char组成的数组，注意要为'\0'预留位置，初始化麻烦
使用的是栈内存，数据可以修改
字符串字面值：
"由双引号包含的若干个字符"
末尾会隐藏一个'\0'，定义也方便
字符串字面值就是以地址形式存在的，是常量，数据存储在代码段中，不能修改，否则段错误
注意：相同内容的多份字符串字面值，在代码段中只会存在一份
注意：sizeof("xxxx") 计算出 字符个数+1
常用方式：
字符数组[] = "字符串字面值";
会自动为'\0'预留位置
注意：赋值完成后，该字符串在内存中有两份，一份在代码段，另一份在栈内存(可修改)
三、字符串的输入和输出
scanf %s 地址
缺点：不能输入空格
char *gets(char *s);
功能：输入字符串到s中 能够输入空格
返回值：s 链式调用
缺点：有警告，输入的长度不受限制，有风险
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
功能：输入长度最多为 size-1 的字符串，会自动为'\0'预留位置
超出部分不接收，不足时最后的'\n'也会一起接收
输出：
printf %s 地址
int puts(const char *s);
功能：输出一个字符串，并且会自动在末尾打印一个'\n'
功能：成功输出的字符个数
四、输出缓冲区
缓冲区机制可以提高数据的读写速度，还可以让低速的设备与高速的CPU之间系统工作
程序要显示的数据并不会立即显示到屏幕上，而是先存储到输出缓冲区中，当满足一定条件时才会从输出缓冲区显示到屏幕上
1、遇到'\n'
2、遇到输入语句
3、当缓冲区满了4k
4、程序正常结束时
5、fflush(stdout); 手动刷新输出缓冲区
五、输入缓冲区
程序中输入的数据并不会立即从键盘接收到变量中，而是当按下回车后先存储到输入缓冲区中，然后再从缓冲区中读取到变量内存中
情况1：需要输入的是整型\浮点型时，而缓冲区中的数据是字符型或符号时，此时读取会失败，并且该数据会继续残留在输入缓冲区中，会继续影响剩下的输入
解决：根据scanf的返回值判断输入是否有问题，如果读取失败，则先清理输入缓冲区后重新输入，直到读取成功为止，可以设置一个清楚函数，使用int n;while((c=getchar())!='\n'&&c!=EOF));来实现对输入缓冲区的清空。
情况2：通过fgets可以指定读取size-1个字符，但是如果输入超过size-1那么字符会残留在输入缓冲区中，继续影响接下来的输入
解决方法1：
int len = 0;
while(str1[len]) len++; //len是'\0'的下标
if('\n' != str1[len-1])// '\0'前面不是'\n'则清理
{
scanf("%*[^\n]");
//从缓冲区中读取任意类型数据并丢弃，直到遇到'\n'停止
scanf("%*c");
//从缓冲区中读取任意字符类型数据并丢弃
}
解决方法2:
void clear_input_buffer() {
int ch;
while ((ch = getchar()) != '\n' && ch != EOF);
}
方法3：
stdin->_IO_read_ptr = stdin->_IO_read_end;
// 把输入缓冲区的位置指针从当前位置，移动到末尾，相当于清理输入缓冲区
注意：只能在Linux系统下使用
情况3：当先输入整型或浮点型，再输入字符型时，输入完整型或浮点型后按下的回车或空格，会残留在输入缓冲区，刚好被后面的字符型接收，影响输入
解决：在%c或者gets()前面加空格
scanf(" %c");
六、字符串相关函数
#include <string.h>
size_t strlen(const char *s);
功能：计算字符串的长度，不包括'\0'
char *strcpy(char *dest, const char *src);
功能：把src拷贝给dest，相当于给dest赋值 =
返回值：dest的首地址，链式调用
char *strcat(char *dest, const char *src);
功能：把src追加到dest的末尾 相当于+=
返回值：dest的首地址，链式调用
int strcmp(const char *s1, const char *s2);
功能：比较两个字符串，根据字典序，谁出现早谁小，一旦比较出结果就立即返回
返回值：
s1 > s2 正数
s1 == s2 0
s1 < s2 负数
char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n); //它用于将一个字符串（src）的前 n 个字符复制到另一个字符串（dest）中
char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n); //用于将一个字符串（src）的前 n 个字符连接（追加）到另一个字符串（dest）的末尾
int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n); //用于比较两个字符串（s1 和 s2）的前 n 个字符。
int atoi(const char *nptr);
功能：把字符串转换成int类型
double atof(const char *nptr);
功能：把字符串转换成double类型
char *strstr(const char *haystack,const char *needle);
功能：在haystack中查找是否存在子串needle
返回值：needle在haystack中第一次出现的位置，如果找不到返回NULL
int sprintf(char *str, const char *format, ...);
功能：把各种类型的数据转换成字符串并输入到str中
int sscanf(const char *str, const char *format, ...); //从一个字符串中，提取各种类型的数据
功能：从字符串中解析出各种类型的数据，并存储到对应的变量中
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n); //请注意，如果源和目标内存区域重叠，memcpy 的行为是未定义的。在这种情况下，应使用 memmove 函数，因为它可以处理重叠的内存区域
功能：把src内存的数据拷贝n个字节到dest中
练习：自己重新实现strlen\strcpy\strcat\strcmp四个函数
size_t str_len(const char *s);
char *str_cpy(char *dest, const char *src);
strlen的实现： //计算字符串长度
size_t my_strlen( const char *str){
size_t length=0;
while (str[length]!= '\0'){
length++;
}
return length;
}
strcpy的实现： //谁将*src的内容添加到*dest当中
char *my_strcpy(char *dest const char* src){
char *dest_start=dest;
while('\0'!=*src){
*dest=*src;
dest++;
src++;
}
*dest='\0'; //添加空字符终止符
return dest_start;
}
strcat实现： //*dest后面添加*src
char *my_strcat(char *dest const char *src ){
char *dest_start=dest;
while(*dest!='\0'){
dest++;
}
while (*src=!'\0')
{
*dest=*src;
dest++;
src++;
}
*dest='\0';
return *dest_start;
}
strcmp的实现：//比较两个字符串。如果两个字符串相等，返回 0；如果 str1 在字典顺序上小于 str2，返回负数；如果 str1 在字典顺序上大于 str2，返回正数。
int my_strcmp(const char* dest const char* src){
while(*dest!='\0' && *src!='\0'){
if(*dest==*src){
retun *dest-*src;
}
dest++;
src++;
}
return *dest-*src;