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C语言基础系列【28】指针进阶1：深入理解指针

news 来源：原创 2025/6/18 0:45:04

博主介绍：程序喵大人

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指针是C语言中的核心概念，它提供了对内存的直接访问和控制能力。通过深入理解指针，我们肯定可以编写更高效、更灵活的程序，然后少踩坑。

指针与内存模型

指针与地址的概念

在C语言中，指针是一个变量，其存储的是另一个变量的内存地址。通过指针，我们可以直接访问和操作内存中的数据。指针变量的类型决定了它所指向的数据的类型和大小。

内存****布局与地址空间

C语言程序的内存布局通常包括代码段、数据段、堆和栈几部分。

代码段存储程序的机器指令，也就是咱写的那些代码
数据段存储全局变量和静态变量
堆用于动态内存分配，对应malloc和free的函数调用
栈则用于存储局部变量和函数调用信息。

地址空间是指程序可以访问的内存地址范围。

在32位系统上，地址空间通常是4GB（或更小，取决于操作系统和硬件）。
在64位系统上，地址空间要大得多。

指针运算的深入

算术运算与指针偏移

指针可以进行算术运算，如加法、减法和自增/自减。这些运算实际上是对指针所指向的内存地址进行偏移。例如，如果**ptr**是一个指向**int**类型的指针，那么**ptr+1**将指向下一个**int**类型的数据，而不是简单地将地址加1。

指针的算术运算考虑了所指向数据类型的大小。

示例代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int *ptr = arr; // 指向数组的第一个元素

    // 指针算术运算
    printf("arr[0]: %d, *(ptr): %d\n", arr[0], *(ptr)); // 输出1
    printf("arr[1]: %d, *(ptr+1): %d\n", arr[1], *(ptr+1)); // 输出2

    return 0;
}

指针与数组的高级应用

动态数组的实现

动态数组是使用指针和动态内存分配（如malloc和free函数）来实现的（内存管理）。与静态数组相比，动态数组的大小可以在运行时确定，并且可以根据需要动态调整。

多维数组与指针

多维数组在内存中实际上是连续存储的，但可以通过指针和索引来访问，只不过是我们从逻辑层把它理解为了多维数组。

示例代码（https://godbolt.org/z/zx771M7M4）

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

int main() {
    // 动态数组
    int n = 10;
    int *dynamicArr = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        dynamicArr[i] = i + 1;
    }
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", dynamicArr[i]);
    }
    printf("\n");
    free(dynamicArr); // 释放动态分配的内存

    // 多维数组与指针
    int rows = 3;
    const int cols = 4;
    int (*multiDimArr)[cols] = (int (*)[cols])malloc(rows * cols * sizeof(int));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            multiDimArr[i][j] = i * cols + j + 1;
        }
    }
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            printf("%d ", multiDimArr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    free(multiDimArr); // 释放动态分配的内存

    return 0;
}

输出：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
    1 2 3 4 
        5 6 7 8 
            9 10 11 12

指针与字符串的深入

字符串的底层表示

在C语言中，字符串实际上是一个以空字符（\0）结尾的字符数组。字符串的底层操作实际上是对字符数组的操作，而指针访问这些字符数组则很方便。

字符串处理函数与指针

C标准库提供了一系列字符串处理函数，如strlen、strcpy、strcat等。这些函数通常接受指向字符串的指针作为参数，并返回指向结果字符串的指针或整数值（如字符串的长度）。

示例代码（https://godbolt.org/z/d37norMoo）

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char str1[50] = "Hello, World!";
    char str2[50];

    // 使用字符串处理函数
    printf("Length of str1: %lu\n", strlen(str1)); // 输出字符串的长度
    strcpy(str2, str1); // 复制字符串
    printf("Copied string: %s\n", str2);
    strcat(str2, " - Welcome!"); // 连接字符串
    printf("Concatenated string: %s\n", str2);

    return 0;
}