6、C 语言指针初阶知识点总结

指针的基础概念、特殊指针类型、指针运算等方面，指针初阶的核心知识点，补充实用注意事项

C 语言指针初阶核心知识点总结

一、指针入门

1. 基础概念：内存与地址

内存地址与字节

• 字节（byte）：内存的基本单位，1 字节 = 8 位（bit），可表示 0~255 的数值（二进制00000000~11111111）。
• 地址：系统为每个字节分配的唯一编号（如0x00000000~0xFFFFFFFF），用于区分不同内存位置。
• 地址特性：地址 + 1 表示偏移 1 个字节（即下一个字节的编号），与数据类型无关。

基地址

• 单字节数据：地址就是其自身字节的编号（如char ch = 'a'，&ch即为该字节的地址）。
• 多字节数据：由多个连续字节组成，其地址为所有字节中最小的编号（称为基地址）。

示例：int num = 100（4 字节），基地址为第一个字节的编号（如0x0A33FF04），后续字节地址依次为0x0A33FF05、0x0A33FF06、0x0A33FF07。

取址符（&）

• 功能：获取变量所占用内存的基地址。

示例：int num = 100; printf("%p", &num); 输出num的基地址。

• 特性：
  • 无论变量类型（int、char 等），地址的尺寸固定（32 位系统 4 字节，64 位系统 8 字节）。
  • 地址的逻辑含义由指向的数据类型决定（如int*与char*地址数值可能相同，但指向的内存尺寸不同）。

2. 指针的定义与本质

指针的双重含义

• 地址：变量的内存地址（如&num是指向num的指针）。
• 指针变量：存储地址的变量（简称为 “指针”），定义语法为类型* 指针名（如int* p表示p是存储 int 型变量地址的指针）。

指针的初始化

• 核心原则：指针必须指向合法内存，否则会成为野指针（危险）。
• 初始化方式：
  1. 指向已定义的变量：int num = 100; int* p = #（p存储num的地址）。
  2. 指向空地址（安全的初始值）：int* p = NULL;（NULL是定义为(void*)0的宏，代表零地址的保留区）。

指针的解引用（*）

• 功能：通过指针访问其指向的内存内容（“降级操作”，从地址获取值）。

示例：int num = 100; int* p = # *p = 200;（通过p修改num的值为 200）。

• 注意：*在定义时表示 “指针类型”（如int* p），在使用时表示 “解引用”（如*p = 200）。

二、特殊指针

1. 野指针

• 定义：指向未知或非法内存的指针（未初始化、指向已回收内存或越界）。
• 危害：
  • 访问野指针可能导致段错误（Segmentation fault）。
  • 可能修改系统关键数据，导致程序崩溃或系统异常。
• 产生原因：
  1. 指针未初始化：int* p; *p = 100;（p乱指）。
  2. 指向已释放的内存：char* p = malloc(10); free(p); *p = 'a';（p指向的内存已被回收）。
  3. 指针越界：char buf[5] = "abc"; char* p = buf; *(p+10) = 'd';（访问超出buf范围的内存）。
• 预防措施：
  • 定义时立即初始化（如int* p = NULL;）。
  • 释放内存后将指针置为NULL（如free(p); p = NULL;）。
  • 操作数组时检查边界（如用宏计算长度#define LEN sizeof(arr)/sizeof(arr[0])）。

2. 空指针（NULL）

• 定义：指向零地址（0x00000000）的指针，该地址是系统保留区（不可访问）。
• 作用：作为指针的安全初始值，避免野指针（如int* p = NULL;表示p暂时无有效指向）。
• 注意：访问NULL会触发段错误（提示指针未正确初始化），便于调试。

三、指针运算

1. 指针的大小

• 特性：指针的尺寸仅由系统位数决定，与指向的数据类型无关。
  • 32 位系统：所有指针均为 4 字节。
  • 64 位系统：所有指针均为 8 字节。
• 示例：

char* p1; int* p2; double* p3; printf("%lu, %lu, %lu", sizeof(p1), sizeof(p2), sizeof(p3)); // 64位系统输出：8, 8, 8

2. 指针的加减运算

• 本质：指针的偏移量由指向的数据类型决定（“按类型尺寸移动”）。
• 规则：
  • 指针 + 1：地址增加 “指向类型的字节数”（如int* p，p+1表示地址 + 4 字节）。
  • 指针 - 1：地址减少 “指向类型的字节数”（如char* p，p-1表示地址 - 1 字节）。
• 示例：

int num = 100; int* p = # printf("p: %p, p+1: %p", p, p+1); // 输出地址相差4字节（如0x7ffd12345678 和 0x7ffd1234567c）

3. 指针运算的应用

• 遍历数组：通过指针加减访问数组元素（数组名本质是首元素的指针）。

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

四、核心注意事项

1. 指针与数组的关系：数组名是首元素的指针（常量指针，不可修改），如int arr[5]; int* p = arr;（p与arr均指向arr[0]）。
2. 避免指针越界：访问数组或动态内存时，严格限制指针范围在申请的内存内（如for (int i=0; i<LEN; i++)）。
3. 指针初始化检查：使用指针前判断是否为NULL（如if (p != NULL) { *p = 100; }）。
4. 动态内存管理：malloc申请的内存需用free释放，释放后立即置为NULL（避免野指针）。

总结

指针是 C 语言的核心，其本质是 “存储地址的变量”，通过地址间接访问内存。掌握指针需理解：地址与指针变量的区别、初始化的重要性、解引用的作用，以及野指针的危害与预防。指针运算的关键是 “按类型偏移”，这是数组遍历、动态内存操作的基础。正确使用指针能提升程序效率，但需严格遵循安全规则，避免内存错误。