<<深入理解C指针>>读书笔记

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Xin Qiu Jun 09, 2015
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指针可以说是C的灵魂,C语言入门很容易,但想精通,就必须要对指针有很透彻的理解。大一上学期学了一遍C语言,然而指针这个最重要的地方,却没有好好的深入研究。这本<<深入理解C指针>>虽然谈不上讲到多少指针的奇巧淫技,但作为复习指针的相关知识,还是可以稍微读读。

阅读声明

倒过来读会让指针更容易理解。

例如:

const int *pci;

Explanation Declaration
1.pci is a variable const int *pci
2.pci is a pointer variable const int *pci
3.pci is a pointer variable to an integer const int *pci
4.pci is a pointer variable to a constant integer const int *pci

常量与指针

和<>一样,<<深入理解C指针>>也讲到了常量与指针。

指向常量的指针

指针定义为指向常量,不能通过指针修改它所引用的值。

const int *ptr;
int const *ptr;

指向非常量的常量指针

指针不可变,但所指向的数据可变。指针必须被初始化为指向非常量变量。

int *const ptr;

指向常量的常量指针

指针本身不能修改,指向的数据也不能通过它来修改。

const int *const ptr;

指向『指向常量的常量指针』的指针

const int * const * ptr;

动态内存分配

  • malloc
  • realloc
  • calloc

Function Declaration
malloc 从堆上分配内存
realloc 在之前分配的内存块基础上,将内存重新分配为更大或者更小的部分
calloc 从堆上分配内存并清零

变长数组

使用alloca函数(微软为malloca)在函数的栈帧上分配内存。函数返回后自动释放内存。

栈帧

栈帧由以下几种元素组成

  • 返回地址
  • 局部数据存储
  • 参数存储
  • 栈指针和基指针

动态分配二维数组

动态分配可能不连续的内存

以下代码演示了如何创建一个内存可能不连续的二维数组。

int rows = 2;
int columns = 5;

int **matrix = (int **) malloc(rows * sizeof(int *));

for(int i = 0; i < rows; i++){
    matrix[i] = (int *) malloc(columns * sizeof(int))
}

动态分配连续内存

int rows = 2;
int columns = 5;

int **matrix = (int **) malloc(rows * sizeof(int *));
matrix[0] = (int *) malloc(rows * columns * sizeof(int));
for(int i = 0; i < rows; i++){
    matrix[i] = matrix[0] + i * columns;
}

以上代码演示了第一种技术,第一个malloc分配了一个整数指针数组,一个元素用来存储一行的指针。第二个malloc在存储每行第一个元素的地址。

第二种技术是一次性分配数组所需的所有内存。

int *matrix = (int *) malloc(rows * columns * sizeof(int));

结构体内存大小

为结构体分配内存时,分配的内存至少是各个字段的长度和。实际长度通常大于这个和。某些数据类型需要对齐到特定边界。比如说,短整数通常对齐到能被2整除的地址上,而整数对齐到能被4整除的地址上。

避免malloc/free开销

重复分配然后释放结构体会尝试一些开销,可能导致巨大的性能瓶颈。解决这问题的一种办法是为分配的结构体单独维护一个表。当用户不再需要某个结构体实例时,将其返回结构体池中。当需要某个实例,则从结构体池中获取一个对象。如果没有可用的元素,就动态分配一个实例。但表的长度则成为了一个问题。但这个问题是可以解决。

处理未初始化指针

有三种方法可以用来处理未初始化的指针:

  • 总是用NULL来初始化指针
  • 用assert函数
  • 用第三方工具

assert函数判断表达式是否为真,表达式为假,程序会终止。

函数指针

声明函数指针

void (*foo)();

foo为函数指针。要注意的是,如果声明是

int *foo();

意义就变了,代表foo函数返回一个int型指针。

为函数指针声明一个类型定义会比较方便,但类型定义看起来有点奇怪,通常,类型定义的名字是声明的最后一个元素。

typedef int (*funcptr)(int);

举个栗子

typedef int (*funcptr)(int);
funcptr fptr2;
fptr2 = foo; //     foo为函数名
fptr(n);    // 调用foo函数

传递函数指针

只要把函数指针声明最为函数参数即可。

举个栗子

int add(int num1, int num2){
    return num1 + num2;
}

int substract(int num1, int num2){
    return num1 - num2;
}

typedef int (*fptrOperation)(int, int);

int compute(fptrOperation operation, int num1, int num2){
    return operation(num1, num2);
}

返回函数指针

返回函数指针需要把函数的返回类型声明为函数指针。

接着上一个的例子

fptrOperation select(char opcode){
    switch(opcode){
        case '+': return add;
        case '-': return substract;
    }
    return 0;
}
// evaluate函数整合了其他函数。该函数接受两个整数和一个字符,
// 字符代表要做的操作,它会把opcode传递给select函数,
// 后者返回要执行的函数指针。
int evaluate(char opcode, int num1, int num2)
{
    fptrOperation operation = select(opcode);
    return operation(num1, num2);
}

函数指针数组

把函数指针声明为数组的类型。
接着上面的例子

typedef int (*opertation)(int, int);
operation operations[128] = {NULL};
// 或者 int(*operations[128])(int, int) = {NULL};
// 用指针数组来避免使用switch
void initializeOperationsArray(){
    operations['+'] = add;
    operations['-'] = subtract;
}
// 所以evaluate需要改写为evaluateArray.
int evaluateArray(char opcode, int num1, int num2){
    fptrOperation operation;
    operation = operations[opcode];
    return operation(num1, num2);
}

指针安全方面

清除敏感数据

复写敏感数据可以使用memset函数。

其他重要内容

  • 指针的类型转换
  • 访问硬件设备
  • 别名和强别名
  • 使用restrict关键字
  • 线程
  • 面向对象技术

书中最后的部分简单的提及了一些高级技巧,这块知识,我觉得还是看其他详细的书比较好。