C 语言第 17 天学习笔记：从二级指针到内存布局的进阶指南
C语言进阶：从二级指针到内存布局的深度解析
一、指针进阶：二级指针的应用与特性
1.1 二级指针的定义与基本用法
二级指针（多重指针）用于存储一级指针的地址，需要两次次解引用才能访问原始数据。在实际开发中，二级指针是最常见的多重指针类型。
int a = 10; // 普通变量，原始数据
int *p = &a; // 一级指针，指向a，一次解引用可获取a的值
printf("%d\n", *p); // 输出：10int **w = &p; // 二级指针，指向p，两次解引用可获取a的值
printf("%d\n", **w); // 输出：10int ***k = &w; // 三级指针，指向w，三次解引用可获取a的值
printf("%d\n", ***k); // 输出：10
1.2 二级指针的语法与特点
语法格式：
数据类型 **指针变量名 = 指针数组的数组名 | 一级指针的地址
核心特点：
-
与指针数组的等效性
二级指针与指针数组在某些场景下可以等效使用，但与二维数组不等效。// 指针数组示例 int arr[] = {11, 22, 33}; int *arr_[] = {&arr[0], &arr[1], &arr[2]};// 二级指针接收指针数组 char *str[3] = {"abc", "aaa034", "12a12"}; char **p = str; // p存储数组首地址，*p访问列地址，**p访问列元素 -
与二维数组的差异
二维数组名是数组指针类型（如int (*)[3]），直接赋值给二级指针会导致类型不匹配：int arr[2][3] = {{1, 3, 5}, {11, 33, 55}}; int (*p)[3] = arr; // 正确：数组指针指向二维数组 int **k = arr; // 错误：类型不兼容（int(*)[3] 与 int**）
1.3 二级指针的解引用操作
字符型二级指针可直接遍历字符串数组，操作类似一维数组：
#include <stdio.h>void fun2() {char *arr[] = {"orange", "apple", "grape", "banana", "kiwi"};int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);char **p = arr; // 二级指针等价于指针数组for (int i = 0; i < len; i++) {printf("%s\n", *(p + i)); // 指针法访问}
}
其他类型二级指针需要两次解引用访问数据，常用于操作指针数组：
#include <stdio.h>int main() {int arr1[] = {11, 22, 33, 44, 55, 66};int *arr[] = {&arr1[0], &arr1[1], &arr1[2], &arr1[3], &arr1[4], &arr1[5]};int **p = arr; // 二级指针接收指针数组for(int i = 0; i < sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); i++){printf("%-6d", **(p+i)); // 指针法访问}
}
二、main函数原型解析
main函数作为程序入口，有多种定义格式，其中标准写法为：
int main(int argc, char *argv[]) { ... }
// 或等价形式
int main(int argc, char **argv) { ... }
2.1 参数含义与用法
-** argc ：存储命令行参数的个数，默认值为1（程序名本身）
- argv **：存储所有参数的字符串形式，是一个字符型指针数组
示例代码：
#include <stdio.h>int main(int argc, char **argv) {printf("参数个数: %d\n", argc);for(int i = 0; i < argc; i++){printf("参数%d: %s\n", i, argv[i]);}return 0;
}
三、常量指针与指针常量
3.1 常量指针（指向常量的指针）
定义：指向常量数据的指针，指针指向的数据不可修改，但指针本身的指向可以改变。
语法：
const 数据类型 *变量名;
// 或
const 数据类型* 变量名;
示例：
int a = 10, b = 20;
const int *p = &a;
// *p = 30; // 错误：不能修改指向的数据
p = &b; // 正确：可以改变指向
3.2 指针常量（指针本身是常量）
定义：指针本身是常量，指向固定地址，但指向的数据可以修改。
语法：
数据类型* const 变量名;
// 或
数据类型 *const 变量名;
示例：
int a = 10, b = 20;
int* const p = &a;
*p = 30; // 正确：可以修改指向的数据
// p = &b; // 错误：不能改变指向
3.3 常量指针常量
定义：指针指向和指向的数据都不可改变。
语法：
const 数据类型* const 变量名;
示例：
int a = 10, b = 20;
const int* const p = &a;
// *p = 30; // 错误
// p = &b; // 错误
3.4 总结对比
| 类型 | 语法 | 指向可变 | 数据可变 |
|---|---|---|---|
| 常量指针 | const int *p | ✔️ | ❌ |
| 指针常量 | int *const p | ❌ | ✔️ |
| 常量指针常量 | const int *const p | ❌ | ❌ |
四、野指针、空指针与空悬指针
4.1 野指针
定义：指向无效内存区域的指针（未初始化、已释放或越界访问）。
产生场景：
-
指针未初始化
int *p; // 野指针 printf("%d\n", *p); // 危险操作 -
指针指向已释放的内存
int *p = malloc(sizeof(int)); free(p); printf("%d\n", *p); // 危险操作 -
返回局部变量的地址
int* fun() {int sum = 0;return ∑ // 危险：返回局部变量地址 }
避免方法：
- 初始化指针为NULL
- 释放内存后立即置为NULL
- 避免返回局部变量地址
- 使用前检查指针有效性
4.2 空指针
定义：值为NULL的指针，指向地址0x00000000（系统保留，不可访问）。
作用：明确表示指针当前不指向有效内存，用于指针初始化。
int *p = NULL; // 初始化为空指针
4.3 空悬指针
定义：指针指向的内存已被释放，但未重新赋值，是野指针的一种特例。
char *p = malloc(100);
free(p); // 释放内存后，p成为空悬指针
五、void与void*的区别
5.1 void类型
表示"无类型/空类型"，用于函数返回类型或参数：
void func(void); // 无返回值，无参数
5.2 void*类型（通用指针）
可指向任意类型数据，但需要强制类型转换后才能解引用：
void* ptr = malloc(4); // 分配4字节内存// 存储int类型
int *p = (int*)ptr;
*p = 10;// 存储float类型
float* p1 = (float*)ptr;
*p1 = 12.5f;
注意：void*只能与具体类型指针（int*、double*等）之间进行转换。
六、C语言内存管理
6.1 进程内存布局
每个C语言进程拥有结构相同的虚拟内存，包含以下区域：
-** 栈（stack）：存储环境变量、命令行参数、局部变量
- 堆（heap）：动态内存区域，可由开发者管理
- 数据段 ：包含.bss段（未初始化静态数据）、.data段（已初始化静态数据）、.rodata段（常量数据）
- 代码段 **：包含.text段（用户代码）、.init段（系统初始化代码）
6.2 各内存区域特性
栈内存：
- 空间有限，自动分配和释放
- 函数调用时栈向下增长，函数退出时栈向上缩减
静态数据：
- 包括全局变量和static修饰的局部变量
- 程序启动时分配，程序退出时释放
- 未初始化时自动初始化为0
堆内存：
- 大小受限于物理内存
- 从下往上增长
- 需要开发者手动申请和释放
- 相关API：
malloc()、calloc()、realloc()、free()
示例：
// 堆内存操作示例
int *p = malloc(sizeof(int)); // 申请内存
*p = 100; // 存储数据
free(p); // 释放内存
p = NULL; // 避免空悬指针// 连续内存申请
double *k = calloc(3, sizeof(double)); // 已清零
k[0] = 0.618;
free(k);
七、总结
本文深入探讨了C语言中的二级指针、main函数原型、常量指针与指针常量、各类特殊指针以及内存布局等进阶知识。掌握这些概念对于理解C语言的内存管理机制、编写高效安全的代码具有重要意义。特别是内存管理部分，需要开发者手动管理堆内存，这既是C语言的灵活性所在，也是容易出现bug的地方，需要格外注意。