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C语言-指针用法概述

news 2025/9/11 5:22:32

1.指针基础概念

2. 指针与数组

3. 指针作为函数参数

4. 动态内存分配

5. 指针的高级用法

6. 常见错误与注意事项

7. 指针数组 vs. 数组指针

8.总结与建议

本文主要作为指针用法的复习，会对指针的大致用法进行举例和概述。

1.指针基础概念

什么是指针：指针是一种变量，它存储的是另一个变量的内存地址，而不是数据本身。这允许你通过地址间接访问和操作数据。
声明指针：声明指针时，需要在数据类型后跟一个星号 *。例如 int *p;声明了一个指向整型的指针 p。
取地址与解引用：
- 使用取地址运算符 &可以获取变量的地址。例如，int a = 10; int *p = &a;使得指针 p指向变量 a的地址。
- 使用解引用运算符 *可以访问指针所指向地址中存储的值。例如，printf("%d", *p);会输出 a的值 10。

2. 指针与数组

C语言中数组名通常可被当作指向其首元素的指针使用。

int arr[3] = {1, 2, 3};
int *p = arr; // p 指向 arr[0]
printf("%d", *(p + 1)); // 输出 arr[1] 的值 2

指针可以通过算术运算（如 +、-、++、--）来遍历数组，单位是所指向类型的大小（例如 int指针每次移动通常为4字节）。

3. 指针作为函数参数

通过向函数传递指针（即变量的地址），可以在函数内部修改调用函数中的变量值，实现“引用传递”。

void swap(int *a, int *b) {int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}int main() {int x = 1, y = 2;swap(&x, &y); // 交换后 x=2, y=1
}

当需要向函数传递数组时，通常传递数组名（即首元素地址）和数组长度。使用 const限定符可以保护指针所指向的数据在函数内不被修改。

4. 动态内存分配

C语言允许在程序运行时动态地申请和释放内存，这类内存分配在堆上进行。

malloc：分配指定字节数的内存，不初始化内存内容，返回 void*。

int *p = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); // 分配容纳5个整数的空间
if (p == NULL) { /* 处理分配失败 */ }

calloc：分配指定数量、特定类型的内存空间，并初始化为0。

int *p = (int*)calloc(5, sizeof(int)); // 分配并初始化5个整数为0

realloc：调整之前通过 malloc, calloc或 realloc分配的内存块的大小。
free：必须用于释放之前动态分配的内存，否则会导致内存泄漏。释放后最好将指针置为 NULL，以避免“悬空指针”。
```
free(p);
p = NULL;
```

5. 指针的高级用法

多级指针：指向指针的指针，例如 int **pp是指向 int*的指针，常用于动态二维数组或需要修改指针本身值的场景。
函数指针：指向函数的指针，允许动态调用函数，常用于回调机制。

int add(int a, int b) { return a + b; }
int (*funcPtr)(int, int) = add; // 声明并初始化函数指针
printf("%d", funcPtr(2, 3)); // 通过指针调用函数，输出5

•const与指针：

const int *p或 int const *p：指向常量数据的指针，不能通过 p修改所指数据，但可以改变 p的指向。
int *const p：指针本身是常量，p的指向不能变，但可以通过 p修改所指数据。
const int *const p：指针本身和所指数据都不可变。

6. 常见错误与注意事项

未初始化的指针（野指针）：声明指针后未赋予有效地址前就使用，可能导致程序崩溃。务必初始化，例如设为 NULL。
悬空指针：指针指向的内存已被释放，但指针仍在被使用。释放内存后应将指针置为 NULL。
内存泄漏：分配的内存未被释放且失去对其的引用，导致内存浪费。确保 malloc/calloc与 free成对出现。
越界访问：访问了分配内存范围之外的空间，行为不可预知。确保访问在合法范围内。

7. 指针数组 vs. 数组指针

对于我们新手来说特别难搞清楚他们的区别，理解它们的区别很重要：

类型	声明示例	含义
指针数组	`int *arr[10]`	一个数组，其每个元素都是指向 `int`的指针
数组指针	`int (*arr)[10]`	一个指针，它指向一个包含10个整数的数组

理解指针数组（Array of Pointers）和数组指针（Pointer to Array）的区别确实是C语言学习中的一个重点和难点。下面我将通过一个表格帮你快速梳理它们的核心差异，然后进行详细解释。

特性	指针数组 (Array of Pointers)	数组指针 (Pointer to Array)
本质	是数组，其每个元素都是指针	是指针，它指向整个数组
声明语法	`数据类型数组名[数组长度];` （例如：`int ptr_arr[5];`）	`数据类型 (指针名)[数组长度];` （例如：`int (arr_ptr)[5];`）
内存布局	连续存储多个指针（每个指针占4或8字节）	存储一个指针变量（指向数组首地址），本身通常占4或8字节
步长	指针运算以单个指针的大小为单位（如+1移动4或8字节）	指针运算以整个数组的大小为单位（如+1移动`sizeof(类型[长度])`字节）
典型用途	管理多个字符串、存储动态分配的不同长度内存块的地址、命令行参数`argv`	操作多维数组（尤其是二维数组）、向函数传递固定长度的数组

深入理解两者

1. 指针数组（Array of Pointers）

指针数组的本质是一个数组，但这个数组里的每个元素都不是普通的数据，而是一个指针变量，这些指针可以指向相同或不同类型的地址。

声明与初始化

语法格式为：数据类型 *数组名[数组长度];

#include <stdio.h>int main() {int a = 10, b = 20, c = 30;// 声明并初始化一个指针数组，元素是int指针int *ptr_arr[3] = {&a, &b, &c}; // 遍历指针数组，通过解引用访问所指的值for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("ptr_arr[%d] = %d\n", i, *ptr_arr[i]);}return 0;
}

输出：

ptr_arr[0] = 10
ptr_arr[1] = 20
ptr_arr[2] = 30

常见应用场景
- 管理多个字符串：这是指针数组非常常见的用途，可以高效地处理一堆长度不一的字符串。
```
char *str_arr[] = {"Hello", "World", "C", "Programming"}; // 初始化字符串指针数组
for (int i = 0; i < 4; i++) {printf("%s ", str_arr[i]);
}
// 输出: Hello World C Programming
```
- 动态内存管理：当需要动态分配多个独立的内存块时，可以用指针数组来存储这些内存块的地址。
- 命令行参数：C语言中的main函数参数char *argv[]就是一个典型的指针数组，用于存储命令行输入的字符串参数。

2. 数组指针（Pointer to Array）

数组指针的本质是一个指针，但它不是指向单个变量，而是指向整个数组。

声明与初始化

语法格式为：数据类型 (*指针名)[数组长度];注意括号是必须的，它保证了*先与指针名结合。

#include <stdio.h>int main() {int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};// 声明一个数组指针，指向包含5个int的数组int (*arr_ptr)[5] = &arr; // 取数组的地址赋给数组指针// 通过数组指针访问数组元素for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", (*arr_ptr)[i]); // 先解引用arr_ptr得到数组，再通过下标访问}return 0;
}

输出：

1 2 3 4 5

常见应用场景

处理二维数组：数组指针在遍历和理解二维数组时特别有用，它可以表示二维数组中的一行。

int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
// 数组指针，指向一个包含3个int的数组（即一行）
int (*row_ptr)[3] = matrix; // matrix是首行地址，可直接赋值for (int i = 0; i < 2; i++) {for (int j = 0; j < 3; j++) {printf("%d ", row_ptr[i][j]); // 像二维数组一样访问// 等价于 *(*(row_ptr + i) + j)}printf("\n");
}

输出：

1 2 3 
4 5 6

向函数传递二维数组：当函数需要接收一个二维数组时，使用数组指针可以明确列数。

如何快速区分声明？

记住一点：“看括号和优先级”。

int *p[5];：[]的优先级高于*，所以p先与[5]结合，说明p是一个数组，里面存放的是int*类型。这是指针数组。
int (*p)[5];：括号()改变了优先级，*先与p结合，说明p是一个指针，它指向一个int [5]类型的数组。这是数组指针。