【C语言】指针篇

C 语言指针概述

在 C 语言中，指针是一个非常重要且强大的概念。它是一个变量，其值为另一个变量的地址，即内存位置的直接地址。可以把指针想象成一个特殊的变量，它存储的不是普通的数据，而是内存中某个变量的地址。通过指针，我们可以直接访问和操作该内存地址上存储的数据。

指针的声明和初始化

声明指针

在 C 语言中，声明指针的一般语法如下：

数据类型 *指针变量名;

其中，数据类型 表示该指针所指向的变量的数据类型，* 是指针声明符，用于表明这是一个指针变量。例如：

int *p;  // 声明一个指向整型变量的指针p
float *q; // 声明一个指向浮点型变量的指针q

初始化指针

指针可以在声明时进行初始化，也可以在声明后再赋值。指针初始化时，需要将一个变量的地址赋给它。使用 & 运算符可以获取变量的地址。示例如下：

#include <stdio.h>

int main() {
   
    int num = 10;
    int *p = &num;  // 声明并初始化指针p，使其指向变量num

    printf("变量num的地址: %p\n", &num);
    printf("指针p存储的地址: %p\n", p);

    return 0;
}

在上述代码中，&num 表示变量 num 的地址，将其赋给指针 p，这样 p 就指向了 num。

指针的操作

解引用操作

通过指针访问其所指向的变量的值，需要使用 * 运算符，这称为解引用操作。示例如下：

#include <stdio.h>

int main() {
   
    int num = 10;
    int *p = &num;

    printf("变量num的值: %d\n", num);
    printf("通过指针p访问num的值: %d\n", *p);

    *p = 20;  // 通过指针p修改num的值
    printf("修改后变量num的值: %d\n", num);

    return 0;
}

在上述代码中，*p 表示指针 p 所指向的变量的值，通过 *p = 20; 可以修改 num 的值。

指针算术运算

指针可以进行一些算术运算，如加法、减法等。指针算术运算的结果取决于指针所指向的数据类型的大小。示例如下：

#include <stdio.h>

int main() {
   
    int arr[5] = {
   1, 2, 3, 4, 5};
    int *p = arr;  // 指针p指向数组arr的首元素

    printf("p指向的元素的值: %d\n", *p);
    p++;  // 指针p向后移动一个位置
    printf("p移动后指向的元素的值: %d\n", *p);

    return 0;
}

在上述代码中，p++ 使指针 p 向后移动一个 int 类型的位置，即移动了 sizeof(int) 个字节。

指针的用途

动态内存分配

C 语言提供了一些函数（如 malloc、calloc、realloc 等）用于动态分配内存，这些函数返回的是一个指针，通过指针可以访问和管理动态分配的内存。示例如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
   
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int));  // 动态分配一个int类型的内存空间
    if (p == NULL) {
   
        printf("内存分配失败\n");
        return 1;
    }

    *p = 10;
    printf("动态分配内存中存储的值: %d\n", *p);

    free(p);  // 释放动态分配的内存
    return 0;
}

作为函数参数

指针可以作为函数参数，通过指针传递参数可以在函数内部修改实参的值。示例如下：

#include <stdio.h>

void swap(int *a, int *b) {
   
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
   
    int x = 10, y = 20;
    printf("交换前: x = %d, y = %d\n", x, y);
    swap(&x, &y);
    printf("交换后: x = %d, y = %d\n", x, y);

    return 0;
}

在上述代码中，swap 函数接受两个指针作为参数，通过指针可以交换 x 和 y 的值。

指针与数组

在 C 语言中，指针和数组有着密切的联系。

数组名作为指针

在 C 语言里，数组名在大多数表达式中会被隐式转换为指向数组首元素的指针。也就是说，数组名代表了数组首元素的地址。
示例代码：

#include <stdio.h>

int main() {
   
    int arr[5] = {
   1, 2, 3, 4, 5};
    // 打印数组首元素的地址
    printf("数组首元素的地址（使用&arr[0]）: %p\n", &arr[0]);
    // 打印数组名代表的地址
    printf("数组名代表的地址: %p\n", arr);
    return 0;
}

在上述代码中，&arr[0] 是获取数组 arr 首元素的地址，而 arr 本身在这个表达式中也被解释为指向数组首元素的指针，所以它们的值是相同的。

通过指针访问数组元素

由于数组名可以当作指针使用，因此可以借助指针来访问数组中的元素。
示例代码：

#include <stdio.h>

int main() {
   
    int arr[5] = {
   1, 2, 3, 4, 5};
    int *p = arr;  // 指针p指向数组arr的首元素
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
   
        // 通过指针访问数组元素
        printf("arr[%d] = %d\n", i, *(p + i));
    }
    return 0;
}

<