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C 语言的指针复习笔记

web 2025/7/22 20:23:52

用着用着就糊涂了，重新复习一下。。。。。。。。

内容由 AI 生成

        C 语言的指针是其最核心、最具特色的特性之一，理解指针是掌握 C 语言的关键。指针本质上是存储内存地址的变量，通过指针可以直接操作内存中的数据，这使得 C 语言具备高效、灵活的特性，但也增加了学习难度。以下从基础到进阶详细讲解指针的用法：

一、指针的基本概念

  • 内存地址：计算机内存被划分为一个个字节，每个字节都有唯一的编号（类似门牌号），这个编号就是内存地址（通常用十六进制表示，如0x7ffd8a5b5a4c）。
  • 指针变量：专门用于存储内存地址的变量，其值是另一个变量（或内存空间）的地址。
  • 指针的意义：通过指针可以间接访问或修改其指向的内存空间中的数据，尤其在处理数组、函数参数传递、动态内存分配等场景中不可替代。

二、指针的声明与初始化

1. 指针的声明

指针声明的基本语法：数据类型 *指针名;

  • 数据类型：指针所指向的变量的数据类型（决定了通过指针操作内存时的 "步长"，如int*每次操作 4 字节，char*每次操作 1 字节）。
  • *：表示该变量是指针类型。
  • 指针名：遵循标识符命名规则。

示例：

int *p;       // 声明一个指向int类型的指针p
char *cp;     // 声明一个指向char类型的指针cp
float *fp;    // 声明一个指向float类型的指针fp
2. 指针的初始化（指向有效内存）

        指针必须初始化后才能使用（否则可能成为 "野指针"，操作未知内存导致程序崩溃）。初始化的核心是让指针存储一个有效变量的地址。

通过&（取地址运算符）获取变量的地址，赋值给指针：

int a = 10;
int *p = &a;  // 指针p指向变量a（p存储a的地址）

 

注意：指针的类型必须与所指向变量的类型一致（除非进行强制类型转换），例如char*不能直接指向int变量。

三、指针的核心操作

1. 解引用（访问指向的内容）

通过*（解引用运算符）可以访问指针所指向的内存中的数据。

示例：

int a = 10;
int *p = &a;printf("a的值：%d\n", a);       // 直接访问a：10
printf("p存储的地址：%p\n", p); // 输出a的地址（如0x7ffd8a5b5a4c）
printf("p指向的值：%d\n", *p);  // 解引用p，获取a的值：10

通过指针修改指向的变量的值：

*p = 20;  // 等价于 a = 20（通过p间接修改a的值）
printf("修改后a的值：%d\n", a);  // 输出20
2. 指针的赋值与比较

  • 指针之间可以直接赋值（让两个指针指向同一块内存）：

    int a = 10;
int *p = &a;
int *q = p;  // q和p指向同一个变量a
printf("*q的值：%d\n", *q);  // 输出10

  • 指针可以比较（判断是否指向同一块内存）：

    if (p == q) {printf("p和q指向同一块内存\n");  // 条件成立
}

四、指针与数组

数组和指针关系密切，数组名本质上是指向数组首元素的指针常量（不能被修改）。

1. 数组名作为指针
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;  // 等价于 p = &arr[0]（arr是首元素地址）// 访问数组元素的两种方式
printf("arr[0] = %d\n", arr[0]);  // 数组下标法：1
printf("*p = %d\n", *p);          // 指针解引用：1
2. 指针的算术运算（核心）

指针的加减运算以 "所指向类型的大小" 为步长（而非字节）：

  • p++：指针向后移动一个元素（对于int*，移动 4 字节；char*移动 1 字节）。
  • p + i：指针向后移动 i 个元素（指向arr[i]）。

示例：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", *(p + i));  // 等价于 arr[i]，输出：1 2 3 4 5
}

注意：指针越界访问（如访问p+5及以外的地址）是未定义行为，可能导致程序崩溃。

3. 指针与二维数组

二维数组可以理解为 "数组的数组"，其数组名是指向首行（一维数组）的指针。

示例：

int arr[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
int (*p)[3] = arr;  // p是指向"包含3个int的数组"的指针（与二维数组匹配）printf("%d\n", *(*(p + 0) + 1));  // 访问第0行第1列：2
printf("%d\n", *(*(p + 1) + 2));  // 访问第1行第2列：6

五、指针与函数

        指针作为函数参数或返回值，可以实现对函数外部变量的修改、传递大型数据（避免拷贝开销）等功能。

1. 指针作为函数参数（传址调用）

        C 语言函数参数默认是 "值传递"（形参是实参的拷贝，修改形参不影响实参）。通过指针传递变量地址，可以在函数内部修改外部变量的值。

示例：交换两个变量的值

// 错误示例：值传递无法交换
void swap1(int x, int y) {int temp = x;x = y;y = temp;  // 仅修改形参x、y，实参不变
}// 正确示例：指针传递（传址）
void swap2(int *x, int *y) {int temp = *x;  // 解引用获取x指向的值*x = *y;        // 修改x指向的变量*y = temp;      // 修改y指向的变量
}int main() {int a = 10, b = 20;swap1(a, b);printf("swap1后：a=%d, b=%d\n", a, b);  // 仍为10,20（未交换）swap2(&a, &b);  // 传递a和b的地址printf("swap2后：a=%d, b=%d\n", a, b);  // 交换为20,10return 0;
}
2. 指针作为函数返回值（指针函数）

        函数可以返回指针（指向某个内存空间），但需注意：不能返回函数内部局部变量的地址（局部变量在函数结束后被释放，其地址变为无效）。

示例：返回静态变量的地址（静态变量生命周期与程序一致）

int* get_num() {static int num = 100;  // 静态变量，存储在全局区return &num;           // 返回有效地址
}int main() {int *p = get_num();printf("%d\n", *p);  // 输出100（有效）return 0;
}
3. 函数指针（指向函数的指针）

        函数指针是指向函数的指针变量，其值是函数的入口地址。可用于实现回调函数（如排序算法中的比较函数）。

声明语法：返回值类型 (*指针名)(参数列表);

示例：

// 定义一个加法函数
int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {int (*fptr)(int, int);  // 声明函数指针fptr（指向"参数为int,int，返回int的函数"）fptr = add;             // fptr指向add函数（函数名即地址）int result = fptr(3, 5);  // 通过函数指针调用add，等价于(*fptr)(3,5)printf("3+5=%d\n", result);  // 输出8return 0;
}

六、多级指针（指向指针的指针）

多级指针是指向指针的指针，常用于处理 "指针的地址"（如二维数组、动态分配的指针数组等）。

语法：数据类型 **指针名;（**表示二级指针，***表示三级指针，以此类推）

示例：二级指针

int a = 10;
int *p = &a;    // p是一级指针（指向a）
int **pp = &p;  // pp是二级指针（指向p）// 访问a的值
printf("a = %d\n", a);        // 直接访问：10
printf("*p = %d\n", *p);      // 一级解引用：10
printf("**pp = %d\n", **pp);  // 二级解引用：10

应用场景：通过二级指针修改一级指针的指向

void change_ptr(int **pp) {static int b = 20;*pp = &b;  // 修改pp所指向的指针（p）的指向，使其指向b
}int main() {int a = 10;int *p = &a;printf("修改前*p = %d\n", *p);  // 10change_ptr(&p);  // 传递p的地址（二级指针参数）printf("修改后*p = %d\n", *p);  // 20（p现在指向b）return 0;
}

七、指针与动态内存分配

        C 语言通过malloc、calloc、realloc和free函数在堆区动态分配内存，这些函数的返回值是指向分配内存的指针。

1. 动态分配内存（malloc）
#include <stdlib.h>  // 包含动态内存函数int main() {int n = 5;// 分配n个int类型的内存（总大小：n * sizeof(int)）int *arr = (int*)malloc(n * sizeof(int));  // 返回void*，需强制转换为int*if (arr == NULL) {  // 内存分配失败时返回NULL，必须检查printf("内存分配失败\n");return 1;}// 使用动态数组for (int i = 0; i < n; i++) {arr[i] = i + 1;}// 释放内存（堆区内存不会自动释放，必须手动释放）free(arr);arr = NULL;  // 避免野指针（释放后指针仍存储原地址，需置空）return 0;
}

2. 其他动态内存函数
  • calloc(n, size)：分配 n 个大小为 size 的内存，并初始化为 0（malloc不初始化）。
  • realloc(ptr, new_size)：调整已分配内存的大小（可能迁移内存地址）。

八、指针的常见错误与注意事项

  1. 野指针：未初始化或已释放的指针（指向无效内存）。
    避免：指针声明后立即初始化（如int *p = NULL;），释放后置空（p = NULL;）。

  2. 空指针解引用：对NULL指针使用*操作（NULL是无效地址0）。
    避免：解引用前检查指针是否为NULL（if (p != NULL) { ... }）。

  3. 指针越界：访问超出数组或动态内存范围的地址。
    避免：严格控制指针运算的范围（如循环变量不超过数组长度）。

  4. 内存泄漏：动态分配的内存未用free释放，导致内存被永久占用。
    避免：确保malloc与free配对使用，释放后指针置空。

  5. 指针类型不匹配：不同类型的指针直接赋值（如char* p = &a;，a 是 int 类型）。
    避免：如需转换，使用显式强制类型转换（char* p = (char*)&a;），但需谨慎（可能导致访问错误）。

总结

指针是 C 语言的灵魂，其核心是 "通过地址间接操作内存"。掌握指针需要理解：

  • 指针的声明与初始化（指向有效内存）；
  • 解引用（*）和取地址（&）的操作；
  • 指针与数组、函数的结合使用；
  • 动态内存分配中指针的管理；
  • 规避野指针、内存泄漏等常见错误。

http://www.xdnf.cn/news/16073.html

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