找到数据的位置，
再安全地访问它。

第 06 课知道函数参数按值传递；第 07 课把数组和长度交给函数；第 08 课在 GDB 中查看过数组。本课将它们连接起来。完成后，你应当能做到：

• 区分变量保存的值、对象的地址、保存地址的指针变量。
• 解释 & 如何取地址、* 如何访问有效指针所指对象。
• 追踪函数如何通过地址修改调用者对象，并知道参数本身仍按值传递。
• 识别空指针、失效对象、数组越界和 const 的限制。

先看 int sample = 12;。sample 是一个 int 对象的名字，表达式 sample 可以读取它当前保存的整数。表达式 &sample 得到指向该对象的地址；把地址保存在另一变量 p 中，就能通过 p 找到原对象。

int sample = 12;
int *p = &sample;

sample 对象：值 12     ←───── p 保存的指针指向这里
                               p 本身也是一个独立变量

这是理解关系的示意图，不代表真实的内存排列。sample 的值是 12；p 的值是指向 sample 的指针；*p 访问所指的 sample，所以在这个时刻读到 12。

新建 lesson09.c，先预测输出，再输入并编译。为避免把地址的具体表示误当成固定值，本程序只打印对象中的数据。

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

void add_offset(int *value, int delta)
{
    if (value != NULL) {
        *value = *value + delta;
    }
}

int main(void)
{
    int sample = 12;
    int *p = &sample;
    int readings[] = {12, 15, 18};
    size_t count = sizeof readings / sizeof readings[0];
    int *empty = NULL;

    printf("before=%d\n", *p);
    add_offset(p, 3);
    printf("after=%d sample=%d\n", *p, sample);
    printf("first=%d second=%d count=%zu\n",
           *readings, *(readings + 1), count);

    if (empty == NULL) {
        puts("no reading");
    }
    return 0;
}

gcc -std=c11 -Wall -Wextra lesson09.c -o lesson09.exe
./lesson09.exe

gcc -std=c11 -Wall -Wextra lesson09.c -o lesson09
./lesson09

预期输出：

before=12
after=15 sample=15
first=12 second=15 count=3
no reading

add_offset 的算术部分依赖调用者保证结果在 int 范围内；此例的 12 + 3 可表示。函数中的空指针检查只排除空指针，非空指针还必须指向有效、可写的 int 对象。

1. 01
   创建对象

   sample 初始化为 12；p 初始化为 &sample，于是指向 sample。

2. 02
   读取对象

   表达式 *p 访问 p 所指对象，第一行输出 12。

3. 03
   调用函数

   add_offset(p, 3) 把指针值传给形参 value，它和 p 都指向同一个 sample；函数用 *value 写回 15。

4. 04
   回到 main

   直接读 sample，或通过 *p 读，访问的都是同一个对象，因此均为 15。

5. 05
   读取数组

   *readings 是第一项 12，*(readings + 1) 是第二项 15；数组有 3 项。

6. 06
   检查空指针

   empty 被初始化为 NULL；条件成立后输出 no reading，没有对它解引用。

声明中的 * 是类型声明的一部分；表达式中的 *p 是解引用。解引用前必须确保指针指向仍在生命周期内、类型和对齐要求符合访问的对象。int *p, q; 只把 p 声明成指针，q 是 int；初学时建议每行只声明一个变量。

若需要观察本机地址，可在 p 有效时使用 printf("%p\n", (void *)p);。%p 的实参要求 void *，因此显式转换。输出格式和值由实现和运行环境决定；地址不是教材中的固定数字，也不是可以照抄给 STM32 寄存器使用的地址。

在 add_offset(p, 3) 中，p 的指针值被复制给形参 value。这仍然是按值传递：函数没有拿到调用者 p 变量本身，而是得到一个同样指向 sample 的指针值。

/* 已定义 int sample = 12; */
add_offset(&sample, 3);
/* 若满足函数约定，sample 现在为 15。 */

*value = *value + delta; 的右侧先通过 value 读取所指对象，计算后把结果写到同一个对象。若函数只写 value = NULL;，它改变的是自己的指针形参，不会让调用者的 p 自动变成 NULL。

契约很重要：若传入非空指针，调用者必须提供有效、可写且类型匹配的对象，并确保结果不溢出。不能把“传了一个地址”当成对任何内存都可读写的许可。

int *empty = NULL; 将指针初始化为空指针。NULL 可从 <stddef.h> 获得。比较 empty == NULL 可以判断它是否为空；不要对空指针解引用。

int *empty = NULL;
if (empty != NULL) {
    /* 只有在另行确认有效且可读后才访问 *empty。 */
}

非空不等于有效：指针可能指向已经结束生命周期的对象、越界位置，或者不适合当前访问的对象。未初始化的局部指针也没有可供安全使用的已知值，先赋予有效对象地址或 NULL，再检查和使用。

在函数或普通块中声明的自动存储期局部变量，只在其对应的执行期间存在。例如某个函数创建局部 int local，函数返回后该对象的生命周期结束；不能返回它的地址，再让调用者通过该地址读取或修改。

正确的替代方式取决于任务：若只要一个整数，让函数直接返回整数；若要修改调用者的对象，由调用者创建对象并传入有效地址。动态分配的对象则需明确所有权，释放后不能再通过原指针访问；动态内存的具体用法留给后续专题。

数组也有生命周期。函数接收到的数组首元素地址并不拥有数组；函数调用期间和之后，是否仍能访问，要看原数组对象是否仍然存在。

主例程的 readings 是 3 元素数组。数组在大多数表达式中会转换为指向首元素的指针，因此 *readings 与 readings[0] 在这个例子中访问同一元素；*(readings + 1) 与 readings[1] 访问同一元素。

readings + 1 向后移动一个 int 元素的位置，而不是固定增加一个字节。允许形成指向同一数组最后一个元素之后一个位置的指针，用作边界比较，但不能解引用那个位置；越过允许范围的指针运算也不应进行。遍历时保留明确的元素数。

int readings[] = {12, 15, 18};
size_t count = sizeof readings / sizeof readings[0];
for (size_t i = 0; i < count; i++) {
    printf("%d\n", readings[i]);
}

这里 sizeof readings 在实际数组所在作用域求整个数组大小；函数的数组形式参数会调整为指针，不能在函数内照此算出原数组长度。传入指针与长度时，调用者必须保证该长度对应真实可访问元素数。指针类型和数组类型相关，但两者不是同一种类型。

int sample = 12;
int other = 20;
const int *view = &sample; /* 不能通过 view 修改所指 int */
int *const fixed = &sample; /* fixed 指向的位置不能重新赋值 */

view = &other;  /* 可以：view 本身不是 const */
*fixed = 15;    /* 可以：sample 本身可修改 */

对 const int *view，不能写 *view = 15;；这并不自动使原来的 sample 本身变成常量，若它不是 const，仍可通过其他合法方式修改。对 int *const fixed，不能写 fixed = &other;，但可通过它修改有效且可写的对象。

若对象本身被定义为 const，不要通过强制转换移除限制后写入它，这会导致未定义行为。把只读输入声明为 const int * 能使函数的意图更清楚，但不能替代长度与生命周期检查。

在电脑上，指针指向进程可以使用的对象；在 STM32 中，软件也会接触由芯片文档规定的内存映射外设。具体地址、寄存器宽度、访问权限、时钟与读写顺序都要看目标芯片手册和对应的设备头文件。

外设寄存器常涉及 volatile，它影响编译器如何处理对该对象的访问；它本身不提供线程或中断同步，也不自动保证某个地址可访问。将整数转换成指针的行为依赖实现，不能把本机打印的地址搬到开发板，也不能只凭一个指针就随意访问硬件。

1. 不用看答案画出 sample 与 p 的关系，并追踪函数修改前后的值。
2. 能区分指针本身被重新赋值和通过指针修改对象。
3. 能说明非空检查不代表对象一定有效，函数返回后不能访问已结束的局部对象。
4. 能结合数组长度解释下标和尾后位置，并读懂两种 const 声明。

• GNU C 手册 · Address of Data ↗取地址
• GNU C 手册 · Dereferencing Pointers ↗解引用与对象访问
• GNU C 手册 · Null Pointers ↗空指针与检查
• GNU C 手册 · Pointers and Arrays ↗下标与指针的关系
• GNU C 手册 · const ↗只读约束