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C语言基础之：指针、结构体、链表

news 2025/10/17 10:57:46

一、指针

指针的本质是存储其他变量地址的变量，就像一张写着 “黄金存放位置” 的纸条，通过它能快速找到目标数据。

1.1 指针的核心概念

指针也就是内存地址，指针变量是用来存放内存地址的变量。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明。指针变量声明的一般形式为：

type *var_name;
int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
char   *ch;    /* 一个字符型的指针 */

可以使用“小明存黄金” 的例子形象理解

  • 小明在A 地点放了 1kg 黄金（对应变量g=10，A 是g的内存地址）；
  • 写一张纸条Z1，记录 A 地点的位置（对应指针int *z1=&g，z1存储g的地址）；
  • 再写一张纸条Z2，记录Z1的存放位置 B（对应二级指针int **z2=&z1，z2存储z1的地址）。

1.2 指针的定义格式与语法

基础格式：

数据类型 *指针变量名 = 目标变量地址;

  • 数据类型：指针指向的变量的类型（如int、char），决定了解引用时读取的字节数；
  • *：表示该变量是指针（不是普通变量）；
  • &：取地址符，用于获取普通变量的内存地址。

代码示例：

#include<stdio.h>
int main() {int g = 10;        // 普通变量：存储数据10int *z1 = &g;      // 指针变量z1：存储g的地址printf("g的值：%d\n", g);        // 输出：g的值：10printf("g的地址：%p\n", &g);    // 输出：g的地址（如0x7ffeefbff4ac）printf("z1存储的地址：%p\n", z1); // 输出：与&g相同（z1存的是g的地址）return 0;
}

1.3指针的使用

使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 * 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。

#include <stdio.h>int main ()
{int  var = 20;   /* 实际变量的声明 */int  *ip;        /* 指针变量的声明 */ip = &var;  /* 在指针变量中存储 var 的地址 */printf("var 变量的地址: %p\n", &var  );/* 在指针变量中存储的地址 */printf("ip 变量存储的地址: %p\n", ip );/* 使用指针访问值 */printf("*ip 变量的值: %d\n", *ip );return 0;
}

因此，输出的结果分别为

var 变量的地址: 0x7ffeeef168d8

ip 变量存储的地址: 0x7ffeeef168d8

*ip 变量的值: 20

1.3 指针的 " & 与 * "

  • &（取地址）：获取变量的内存地址，“问地址”；
  • *（解引用）：通过指针存储的地址，获取目标变量的值，“找数据”。
#include<stdio.h>
int main() {int g = 10;int *z1 = &g;// 1. 取地址：&g获取g的地址，赋值给z1printf("z1存储的地址：%p\n", z1); // 输出g的地址// 2. 解引用：*z1通过z1的地址找到g的值int n = *z1;printf("n的值（*z1）：%d\n", n);  // 输出：10（与g的值相同）// 3. 通过解引用修改目标变量的值*z1 = 20; printf("修改后g的值：%d\n", g);   // 输出：20（g被修改）return 0;
}

如果以下代码运行输出

int n=10;
int *p=&n;
printf("%d",p);
printf("%d",*p);
printf("%d",&p);

则输出结果为

p存储东西的地址，即n的地址;

10;

p自己的地址

1.4 二级指针：指针的 “指针”

当指针本身也需要被存储时，就需要二级指针（数据类型 **），它存储的是一级指针的地址。

int *z1=&g;
int **z2=&z1; //[Error] cannot convert 'int**' to 'int*' in initializationprintf("z2 = %d\n",z2);

代码中int **z2=&z1报错，是因为若误将z2定义为int *（一级指针），会出现 “int**无法转换为int*” 的类型不匹配错误。正确定义必须是二级指针。

#include<stdio.h>
int main() {int g = 10;int *z1 = &g;    // 一级指针：存g的地址int **z2 = &z1;  // 二级指针：存z1的地址printf("z2存储的地址（z1的地址）：%p\n", z2);printf("**z2的值（通过z2找z1，再找g）：%d\n", **z2); // 输出：10// 通过二级指针修改g的值**z2 = 100;printf("修改后g的值：%d\n", g); // 输出：100return 0;
}

1.5 传值 vs 传址

C 语言函数参数默认是 “传值”（拷贝一份值给函数），无法修改实参；若要修改实参，必须用 “传址”（传递变量地址，通过指针操作）。

传递方式原理是否修改实参适用场景
传值拷贝实参的值给形参否仅需使用实参的值（如求和）
传址传递实参的地址给指针是需要修改实参的值（如自增）

1.6 动态内存分配：malloc 的使用

普通变量的内存是 “静态分配”（编译时确定大小），而malloc能 “动态分配” 内存（运行时按需申请），返回的是分配内存的地址，必须用指针接收。

使用步骤：

  1. 调用malloc(size)：申请size字节的内存（如malloc(4)申请 4 字节，对应int）；
  2. 强制类型转换：将malloc返回的void*转换为目标指针类型（如(int*)malloc(4)）；
  3. 判断是否分配成功：若malloc返回NULL，表示内存不足，需处理；
  4. 释放内存：用free(指针)释放申请的内存，避免内存泄漏。

代码示例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> // malloc和free的头文件
int main() {// 动态申请1个int大小的内存（4字节）int *p1 = (int*)malloc(sizeof(int)); // 判断内存是否分配成功if (p1 == NULL) {printf("内存分配失败！\n");return 1; // 退出程序}// 使用动态内存*p1 = 100;printf("动态内存存储的值：%d\n", *p1); // 输出：100// 释放内存free(p1);p1 = NULL; // 避免野指针（释放后指针指向无效地址）return 0;
}

1.7 指针的适用场景

  • 需要修改函数实参的值（如add2函数）；
  • 动态分配内存（如链表节点的创建）；
  • 实现复杂数据结构（链表、树、图等）；
  • 节省内存（传递地址比传递大结构体拷贝更高效）。

二、结构体：

数组只能存储 “相同类型” 的数据，而结构体可以存储 “不同类型” 的数据（如学生的年龄、分数、姓名），是 “数据封装” 的基础。

2.1 结构体的核心作用

将多个关联的、不同类型的数据打包成一个 “整体”，方便管理和传递。例如：用一个结构体存储一个学生的所有信息，而不用多个独立变量。

2.2 结构体的定义格式

用typedef给结构体起 “别名”，简化后续使用（否则每次定义结构体变量都要写struct 结构体名）。

基础格式：

typedef struct 结构体名 {数据类型 成员1; // 结构体的“字段”数据类型 成员2;// ... 更多成员
} 结构体别名; // 后续可直接用别名定义变量

代码示例：

#include<stdio.h>
// 定义学生结构体，别名是Student
typedef struct Student {int age;     // 年龄（int类型）double score;// 分数（double类型）char name[20];// 姓名（字符数组）
} Student;
int main() {// 用别名Student定义结构体变量Student stu1;// 给成员赋值（用.访问普通结构体变量的成员）stu1.age = 20;stu1.score = 95.5;// 字符串赋值需用strcpy（不能直接用=）strcpy(stu1.name, "张三");// 打印结构体成员printf("姓名：%s, 年龄：%d, 分数：%.1f\n", stu1.name, stu1.age, stu1.score); // 输出：姓名：张三, 年龄：20, 分数：95.5return 0;
}

2.3 结构体的初始化

结构体初始化分 “静态初始化” 和 “动态初始化”（用malloc分配内存，适合不确定大小的场景）。

初始化方式特点代码示例
静态初始化编译时分配内存Student stu1 = {20, 95.5, "张三"};
动态初始化运行时分配内存（指针）Student *stu2 = (Student*)malloc(sizeof(Student));

代码示例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
typedef struct Student {int age;double score;char name[20];
} Student;
int main() {// 动态分配结构体内存（大小是整个结构体的字节数）Student *stu2 = (Student*)malloc(sizeof(Student));if (stu2 == NULL) {printf("内存分配失败！\n");return 1;}// 结构体指针用->访问成员（不能用.）stu2->age = 21;stu2->score = 92.0;strcpy(stu2->name, "李四");printf("姓名：%s, 年龄：%d, 分数：%.1f\n", stu2->name, stu2->age, stu2->score); // 输出：姓名：李四, 年龄：21, 分数：92.0// 释放动态内存free(stu2);stu2 = NULL;return 0;
}

2.4 结构体与指针的结合：-> 操作符

  • 普通结构体变量：用.访问成员（如stu1.age）；
  • 结构体指针：用->访问成员（如stu2->age），本质是(*stu2).age的简化写法。

2.5 结构体的适用场景

  • 封装复杂数据（如学生、员工、商品信息）；
  • 作为函数参数传递（传递指针可避免拷贝大结构体，提高效率）；
  • 定义链表、树等数据结构的 “节点”（存储节点数据）。

三、链表：基于指针与结构体的动态数据结构

链表是 “节点” 的链式集合，每个节点包含 “数据域”（存储数据）和 “指针域”（存储下一个节点的地址）。相比数组，链表的大小可动态调整，插入删除效率更高。

3.1 链表的核心概念

  • 节点：链表的基本单元，由 “数据域” 和 “指针域” 组成（用结构体实现）；
  • 头节点：链表的第一个节点，是遍历链表的入口（不能丢失，否则链表 “失联”）；
  • 尾节点：链表的最后一个节点，指针域指向NULL（表示链表结束）。

链表与数组的对比：

特性链表数组
内存分配动态分配（不连续）静态分配（连续）
大小调整支持动态增减固定大小，无法修改
插入删除效率高（仅需修改指针）低（需移动大量元素）
随机访问不支持（需遍历）支持（通过下标直接访问）

3.2 链表的完整实现

以 “存储整数的单链表” 为例，实现节点定义、创建节点、连接链表、遍历链表、插入节点、释放内存。

步骤 1：定义链表节点结构体

节点包含 “数据域data” 和 “指针域next”（指向同类型节点）。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
// 定义链表节点结构体，别名ListNode
typedef struct ListNode {int data;          // 数据域：存储整数struct ListNode *next; // 指针域：指向 next 节点
} ListNode;

步骤 2：创建链表节点

用malloc动态分配节点内存，避免重复代码。

// 创建一个新节点，返回节点指针
ListNode* createNode(int data) {ListNode *newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));if (newNode == NULL) {printf("节点内存分配失败！\n");return NULL;}newNode->data = data; // 给数据域赋值newNode->next = NULL; // 初始时指针域指向NULL（避免野指针）return newNode;
}

步骤 3：连接节点，形成链表

通过指针域next将多个节点串联起来，确定头节点。

int main() {// 1. 创建5个节点（数据分别为100、200、300、400、500）ListNode *node1 = createNode(100);ListNode *node2 = createNode(200);ListNode *node3 = createNode(300);ListNode *node4 = createNode(400);ListNode *node5 = createNode(500);// 2. 连接节点（形成链表：node1 -> node2 -> node3 -> node4 -> node5 -> NULL）node1->next = node2;node2->next = node3;node3->next = node4;node4->next = node5;node5->next = NULL; // 尾节点指向NULL// 头节点是node1（后续操作都通过头节点进行）ListNode *head = node1;// 打印链表的值 printf("1:%d\n",node1->data); printf("2:%d\n",node1->next->data); printf("3:%d\n",node1->next->next->data); printf("4:%d\n",node1->next->next->next->data); printf("5:%d\n",node1->next->next->next->next->data);

步骤 4：遍历链表

    // 3. 遍历链表（从 head 开始，直到 NULL）printf("链表遍历结果：");ListNode *temp = head; // 临时指针（避免修改头节点）while (temp != NULL) {printf("%d -> ", temp->data);temp = temp->next; // 移动到下一个节点}printf("NULL\n"); // 输出：链表遍历结果：100 -> 200 -> 300 -> 400 -> 500 -> NULL

步骤 5：链表尾部插入节点

在尾节点后添加新节点，需先遍历到尾节点，再修改尾节点的next。

    // 4. 尾部插入新节点（如插入600）int newData = 600;ListNode *newNode = createNode(newData);if (newNode == NULL) return 1;// 找到尾节点（next == NULL 的节点）temp = head; // 重置临时指针while (temp->next != NULL) {temp = temp->next;}// 插入新节点（尾节点的next指向新节点）temp->next = newNode;newNode->next = NULL; // 新节点成为尾节点// 重新遍历，验证插入结果printf("插入后遍历结果：");temp = head;while (temp != NULL) {printf("%d -> ", temp->data);temp = temp->next;}printf("NULL\n"); // 输出：插入后遍历结果：100 -> 200 -> 300 -> 400 -> 500 -> 600 -> NULL

步骤 6：释放链表内存（避免内存泄漏）

链表的内存是动态分配的，必须从 head 开始逐个释放每个节点。

    // 5. 释放链表内存ListNode *freeTemp;temp = head;while (temp != NULL) {freeTemp = temp; // 保存当前节点temp = temp->next; // 先移动到下一个节点free(freeTemp); // 释放当前节点}head = NULL; // 头节点置空，避免野指针return 0;
}

3.3 链表的适用场景

  • 数据量不固定（如日志系统、消息队列，需动态增减数据）；
  • 频繁插入 / 删除操作（如链表中间插入，仅需修改 2 个指针，效率 O (1)）；
  • 内存资源有限（按需分配内存，不浪费空间）。

四、常见问题与解决方法

  • 野指针问题：指针未初始化、或指向已释放的内存。解决：指针定义时置NULL（如int *p = NULL），free后再置NULL。

  • 内存泄漏问题：malloc分配的内存未用free释放，程序结束前内存一直被占用。解决：动态内存使用后必须free，链表需遍历逐个释放节点。

  • 类型不匹配问题：如二级指针与一级指针混用（int *z2 = &z1，&z1是int**类型）。解决：严格匹配指针类型，一级指针存普通变量地址，二级指针存一级指针地址。

  • 结构体指针访问成员错误：用.访问结构体指针的成员（如stu2.age）。解决：结构体指针必须用->（如stu2->age），普通结构体变量用.。

五、总结

指针、结构体与链表是 C 语言的核心，三者的关系可总结为：

  • 指针是基础：提供 “地址访问” 能力，是动态内存分配和链表连接的关键；
  • 结构体是封装：将 “数据 + 指针” 打包成节点，为链表提供数据载体；
  • 链表是应用：结合指针与结构体，实现动态数据存储，解决数组的局限性。
http://www.dtcms.com/a/491800.html

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