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C语言指针与参数传递详解 —— 从底层存储到高效编程

news 2025/10/8 8:53:22

一、为什么要使用指针传参？

在函数调用时，如果直接传递变量（即值传递），系统会将实参复制一份到形参中。
这种方式简单、安全，但当参数数据量较大（例如数组、结构体等）时，会导致：

效率低：复制数据耗时；
内存浪费：产生多份数据；
不灵活：函数内部无法修改主函数的数据。

为此，我们可以使用 指针传参，即传递变量的地址，实现主函数与子函数共享同一份数据。

二、指针的定义与存储机制

指针的本质

指针本质上是一个变量，用于存放另一个变量的首地址。

int a = 10; int *p = &a; // p中保存a的地址

此时：

p 是指针变量；
*p 表示“取出p指向的内容”；
&a 表示变量a的内存地址。

指针大小与系统位数

系统位数	指针大小
16位系统	2字节
32位系统	4字节
64位系统	8字节

无论指向什么类型（int、float、char），指针的大小固定，但步长不同。

三、计算机存储机制与大小端模式

存储方式

内存按“字节”为单位，每个地址存放1字节。

int a = 0x12345678;

int 占4字节，其内存布局取决于系统的字节序：

模式	内存中排列（低地址→高地址）
小端模式（Little Endian）	78 56 34 12
大端模式（Big Endian）	12 34 56 78

现代PC（x86、ARM）多采用小端存储。

十六进制与二进制的关系

十六进制是二进制的“简写”，每个十六进制数对应4个二进制位。

二进制	十六进制
0000	0
1111	F

例如：

1010 0011 0110 1111 0010 1001 1100 1101 → A36F29CD

优势：方便阅读与打印内存数据。

四、指针的基本操作

int a = 10; int *p; p = &a;

操作	示例	含义
取地址	`p = &a;`	获取变量a的首地址
取内容	`*p`	获取p所指向的值
自增	`p++`	指向下一个元素
自减	`p--`	指向上一个元素

五、数组与指针的关系

数组名本质上是一个常量指针，指向数组首元素。

int a[5] = {0,1,2,3,4}; int *p = a; // 等价于 int *p = &a[0];

访问方式等价：

写法	等价表达
`a[i]`	`*(a + i)`
`p[i]`	`*(p + i)`

例：

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

六、指针传参：节省内存与实现多返回值

普通传参（值传递）

void fun(char param){printf("%x\n", param); 
}
int main(){ char a = 0x77; fun(a); 
}会复制一份 a 的值给 param。

使用指针传参（地址传递）

void fun(char *param){printf("%x\n", *param); 
} 
int main(){char a = 0x77; fun(&a); 
}此时主函数与子函数共用同一份数据。

防止子函数修改主函数数据

int FindMax(const int *array, int length){int max = array[0]; for(int i = 1; i < length; i++){ if(array[i] > max)     max = array[i]; } return max; 
}const 表示“只读”，函数中若修改 array[i] 将会报错。

多返回值设计（输出参数）

void FindMaxAndCount(int *max, int *count, const int *array, int length){ *max = array[0]; *count = 1; for(int i = 1; i < length; i++){if(array[i] > *max){ *max = array[i]; *count = 1; }else if(array[i] == *max) {(*count)++; } } 
} 
int main(){int a[6] = {3,2,3,4,5,6};int max, count; FindMaxAndCount(&max, &count, a, 6); printf("max=%d\n", max); printf("count=%d\n", count); 
}结果：max=6 count=1通过指针参数实现了“多返回值”设计。

七、模块封装与返回指针

模块化设计中，函数可以返回指针，让主函数持有模块内部的数据句柄：

/******** 模块内部 ********/ 
int Time[] = {23,59,55}; 
int* GetTime(){ return Time; // 返回数组首地址 
}
/*************************/ int main(){ int *pt = GetTime(); printf("Hour=%d\n", pt[0]); return 0; 
}

这样主函数就能访问模块内部的变量，实现“间接控制”。

八、嵌入式场景：直接访问物理地址

#define DEVICE_ID_ADDR 0x40001000
unsigned int *deviceID = (unsigned int *)DEVICE_ID_ADDR; 
printf("Device ID: 0x%X\n", *deviceID);

典型用途：读取寄存器、访问硬件设备信息。

九、知识总结表

内容	核心要点
指针定义	存储变量首地址
存储机制	小端模式为主流
数组与指针	数组名即首地址
指针传参	节省内存、共享数据
const修饰	保护数据不被修改
输出参数	实现多返回值
返回指针	主函数可访问模块数据
嵌入式应用	访问硬件物理地址