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【C语言】深入理解指针（三）

news 2025/11/13 6:09:20

前言：

在前两讲中，我们掌握了指针的基础概念、与数组的绑定关系，以及二级指针、指针数组等进阶用法。这一讲，我们将聚焦指针与字符、函数的结合，从字符指针的特殊应用，到数组指针的深度解析，再到函数指针与函数指针数组的实战（eg:转移表），逐步揭开C语言中“指针操作复杂数据”的核心逻辑。

一、字符指针变量

字符指针（char*）是最常用的指针类型之一，但其用法不仅限于“指向单个字符”——更常见的场景是指向常量字符串。

1.1 字符指针的两种基础用法

用法1：指向单个字符

与整型指针类似，字符指针可指向单个字符变量，通过解引用修改字符值

#include <stdio.h>
int main() {char ch = 'w';char* pc = &ch; // 字符指针指向ch的地址*pc = 'a';      // 解引用修改ch的值printf("ch = %c\n", ch); // 输出'a'return 0;
}
用法2：指向常量字符串

更常见的用法是让字符指针指向常量字符串的首地址。
(注意：不是将整个字符串存入指针，而是存储字符串首字符的地址。)

#include <stdio.h>
int main() {// 本质：将"hello word."首字符'h'的地址存入pstrconst char* pstr = "hello word."; // %s打印：从pstr指向的地址开始，直到'\0'结束printf("%s\n", pstr); // 输出"hello word."return 0;
}

关键点：

pstr存储的是首字符地址，而非整个字符串。
printf("%s", pstr)的逻辑是“从首地址开始遍历，直到遇到'\0'终止符”。

1.2 字符指针与数组的区别

我们来看一下以下的程序，以理解字符指针指向常量字符串与数组初始化的差异：

#include <stdio.h>
int main() {// 数组：用常量字符串初始化，开辟新内存块char str1[] = "hello word."; char str2[] = "hello word."; // 字符指针：指向常量字符串（只读区域）const char* str3 = "hello word."; const char* str4 = "hello word."; // 比较数组名（首元素地址）if (str1 == str2) printf("str1 and str2 are same\n");else printf("str1 and str2 are not same\n");// 比较字符指针（指向的常量字符串地址）if (str3 == str4) printf("str3 and str4 are same\n");else printf("str3 and str4 are not same\n");return 0;
}

输出结果：

str1 and str2 are not same
str3 and str4 are same

结果解析：

  1. str1和str2是数组：用相同常量字符串初始化时，编译器会为两个数组分别开辟独立的内存块（存储相同的字符内容），因此str1和str2的首元素地址不同；
  2. str3和str4是字符指针：指向的是同一块只读内存中的常量字符串（C/C++为节省空间，相同常量字符串只存储一份），因此str3和str4的值（首字符地址）相同。

二、数组指针变量

在前一讲中，我们学习了“指针数组”（如int* arr[10]，是存放指针的数组）。而“数组指针”是另一个易混淆的概念——它是指向数组的指针，本质是指针，而非数组。

2.1 数组指针的定义

数组指针的定义格式为：

数据类型 (*指针名)[数组长度]

例如int (*p)[10]，其中括号()是关键——因为[]的优先级高于*，必须用括号保证p先与*结合，确定p是指针。

对比其“指针数组”与“数组指针”的核心差异：

表达式本质解析逻辑（优先级：[] > *）
int* p1[10]指针数组p1先与[]结合，是数组，元素类型为int*
int (*p2)[10]数组指针p2先与*结合，是指针，指向int[10]数组

识别技巧：

  • 带 ( ) 的是数组指针（先指针后数组）
  • 不带 ( ) 的是指针数组（先数组后指针）

2.2 数组指针的初始化

数组指针用于存储整个数组的地址，而非首元素地址，获取整个数组地址需用**&数组名**。
示例代码：

#include <stdio.h>
int main() {int arr[10] = {0}; // 定义一个10元素的int数组// 数组指针p：指向arr的整个数组，类型为int(*)[10]int (*p)[10] = &arr; // 调试观察：&arr与p的类型完全一致printf("&arr = %p\n", &arr);  // 整个数组的地址printf("p   = %p\n", p);      // 与&arr的值相同return 0;
}

数组指针类型解析（以 int (*p)[10]为例）：

  • p：数组指针变量名；
  • (*p)：表示p是指针；
  • [10]：表示指针指向的数组有10个元素；
  • int：表示数组元素的类型是int。

三、二维数组传参的本质

有了数组指针的基础，我们就能够来学习一下二维数组传参的底层逻辑了——二维数组可看作“数组的数组”，传参本质是传递第一行的地址（即一个一维数组的地址）。

3.1 二维数组的本质

例如：int arr[3][5] = {{1,2,3,4,5}, {2,3,4,5,6}, {3,4,5,6,7}}
我们可理解为：

  • 整个二维数组是一个“包含3个元素的数组”。
  • 每个元素又是一个“包含5个int的一维数组”（即每行是一个一维数组）。

因此，二维数组的数组名arr（默认情况下）表示第一行一维数组的地址，其类型是int(*)[5]（指向5个int的数组指针）。

在这里插入图片描述

3.2 二维数组传参的两种写法

二维数组传参时，形参可写成“数组形式”或“数组指针形式”，本质都是接收第一行的地址。

写法1：数组形式

形参写成int a[3][5]，编译器会自动解析为数组指针：

#include <stdio.h>
// 形参：数组形式（3行5列）
void print_arr(int a[3][5], int rows, int cols) {for (int i = 0; i < rows; i++) {for (int j = 0; j < cols; j++) {printf("%d ", a[i][j]); // 常规下标访问}printf("\n");}
}int main() {int arr[3][5] = {{1,2,3,4,5}, {2,3,4,5,6}, {3,4,5,6,7}};// 传参：数组名arr（第一行地址）+ 行数+列数print_arr(arr, 3, 5); return 0;
}
写法2：数组指针形式

形参直接写成int (*p)[5]，明确接收“指向5个int的数组指针”：

#include <stdio.h>
// 形参：数组指针形式（指向5个int的数组）
void print_arr(int (*p)[5], int rows, int cols) {for (int i = 0; i < rows; i++) {for (int j = 0; j < cols; j++) {// *(*(p+i)+j) 等价于 p[i][j]printf("%d ", *(*(p + i) + j)); }printf("\n");}
}int main() {int arr[3][5] = {{1,2,3,4,5}, {2,3,4,5,6}, {3,4,5,6,7}};print_arr(arr, 3, 5); // 传参：arr是第一行地址，类型匹配int(*)[5]return 0;
}

关键点：

  • 二维数组传参时，列数不能省略（如int a[][5]合法，int a[3][]非法），因为数组指针需要知道“每行有多少个元素”，才能正确计算下一行的地址（p+i跳过5*sizeof(int)字节）。
  • 必须单独传递行数和列数——形参是指针，无法通过sizeof计算数组大小。

四、函数指针变量

函数也有地址，函数名就是函数的地址（&函数名也可获取地址）。函数指针变量用于存储函数地址，未来可通过地址调用函数，是实现回调函数 “转移表” 的基础。

4.1 函数指针的定义：

函数指针的定义格式为：

返回值类型 (*指针名)(参数类型列表)

例如:int (*pf)(int, int)，表示“一个指向返回值为int、参数为两个int的函数的指针”。

步骤1：验证函数地址

先通过代码确认函数有地址：

#include <stdio.h>
void test() {printf("hehe\n");
}int main() {// 函数名和&函数名均表示函数地址printf("test = %p\n", test);   // 输出函数地址printf("&test = %p\n", &test); // 与test的值相同return 0;
}

输出结果（地址值为示例）：

test = 005913CA
&test = 005913CA

步骤2：定义并初始化函数指针

以加法函数为例，定义函数指针并存储其地址：

#include <stdio.h>
// 加法函数
int Add(int x, int y) {return x + y;
}int main() {// 函数指针pf：指向Add函数（参数和返回值类型匹配）// 两种初始化方式均合法：Add或&Addint (*pf)(int, int) = Add; // int (*pf)(int x, int y) = &Add; // 参数名可省略，不影响匹配return 0;
}

函数指针类型解析（以int (*pf)(int, int)为例）：

  • pf：函数指针变量名；
  • (*pf)：表示pf是指针；
  • (int, int)：表示指针指向的函数有两个int类型参数；
  • int：表示函数的返回值类型是int。

4.2 函数指针的使用

通过函数指针调用函数时，(*pf)与pf等价，编译器会自动将pf解析为函数地址。

示例代码：

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y) {return x + y;
}int main() {int (*pf)(int, int) = Add;// 两种调用方式均合法，结果相同int ret1 = (*pf)(2, 3); // 显式解引用int ret2 = pf(3, 5);    // 隐式调用（更简洁）printf("ret1 = %d\n", ret1); // 输出5printf("ret2 = %d\n", ret2); // 输出8return 0;
}

4.3 简化复杂函数指针

函数指针类型复杂（如void(*)(int)），可通过typedef重命名为简洁的类型名，提升代码可读性。

typedef重命名规则：
  • 普通类型：typedef原类型、新类型名（如typedef unsigned int uint）；
  • 指针类型：新类型名需放在*右侧（如typedef int* ptr_t）；
  • 函数指针类型：新类型名放在*右侧（如typedef void(*pfun_t)(int)）。
示例：简化signal函数声明

C标准库中的signal函数声明非常复杂：

// 原声明：返回值是void(*)(int)，参数是int和void(*)(int)
void (*signal(int, void(*)(int)))(int);

用typedef重命名后：

// 1. 将void(*)(int)重命名为pfun_t
typedef void(*pfun_t)(int); 
// 2. 简化signal声明：返回值pfun_t，参数int和pfun_t
pfun_t signal(int, pfun_t);

瞬间简洁易懂！

五、函数指针数组

函数指针数组是“存放函数指针的数组”，数组的每个元素都是一个函数指针，且所有元素指向的函数需满足“相同的返回值类型和参数列表”。

5.1 函数指针数组的定义

定义格式：

返回值类型 (*数组名[数组长度])(参数类型列表)

例如int (*parr[4])(int, int)，表示“一个长度为4的数组，每个元素是指向‘返回int、参数为两个int的函数’的指针”。

错误写法对比：
表达式问题原因
int*parr1[4](int先与[]结合是数组，但元素类型int* (int)非法
int (*)(int) parr2[4]语法错误，数组名需紧跟[]
`int (*parr3[4])(int)正确：parr3是数组，元素是函数指针

5.2 实战

函数指针数组的核心用途是转移表（替代switch或if-else），减少代码冗余，提升可维护性。以“计算器”为例，对比两种实现方式。

方式1：传统switch实现（冗余）
#include <stdio.h>
// 四则运算函数
int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }
int mul(int a, int b) { return a * b; }
int div(int a, int b) { return a / b; }int main() {int x, y, input, ret;do {printf("*************************\n");printf(" 1:add  2:sub  3:mul  4:div\n");printf(" 0:exit\n");printf("*************************\n");printf("请选择：");scanf("%d", &input);switch (input) {case 1:printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = add(x, y);break;case 2:printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = sub(x, y);break;// case3、case4逻辑类似，代码重复...case 0: printf("退出程序\n"); break;default: printf("选择错误\n"); ret = 0;}printf("ret = %d\n", ret);} while (input != 0);return 0;
}

问题：每个case的逻辑高度重复（输入操作数、调用函数），新增运算需修改switch，可维护性差。

方式2：转移表实现（简洁）

用函数指针数组parr存储4个运算函数的地址，input直接作为数组下标，省去switch：

#include <stdio.h>
// 四则运算函数（返回值和参数类型一致）
int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }
int mul(int a, int b) { return a * b; }
int div(int a, int b) { return a / b; }int main() {int x, y, input, ret;// 函数指针数组parr：下标0留空，1-4对应add-sub-mul-divint (*parr[5])(int, int) = {0, add, sub, mul, div}; do {printf("*************************\n");printf(" 1:add  2:sub  3:mul  4:div\n");printf(" 0:exit\n");printf("*************************\n");printf("请选择：");scanf("%d", &input);if (input >= 1 && input <= 4) {// 输入操作数，通过转移表调用函数printf("输入操作数：");scanf("%d %d", &x, &y);ret = parr[input](x, y); // 直接用input作为下标printf("ret = %d\n", ret);} else if (input == 0) {printf("退出计算器\n");} else {printf("输入有误\n");}} while (input != 0);return 0;
}

优势：

  • 代码简洁：省去重复的case逻辑；
  • 可维护性高：新增运算只需添加函数，并在数组中补充地址，无需修改核心逻辑；
  • 效率高：数组下标访问比switch判断更直接。

至此，我们的学习已覆盖指针的核心应用场景，从基础的变量、数组，到复杂的函数、字符串。而指针的灵活性源于对“地址”的直接操作，掌握其底层逻辑（如类型意义、优先级、内存分布），是写出高效语言代码的关键。后续我们还将探索指针与动态内存、回调函数的结合，敬请关注！

以上就是本期博客的全部内容了，感谢各位的阅读以及关注。如有内容存在疏漏或不足之处，恳请各位技术大佬不吝赐教、多多指正。

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