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C语言指针知识总结

目录

1. 指针的概念
2. 指针的声明与初始化
3. 指针的操作
   • 取地址与解引用
   • 指针的算术运算
   • 指针与数组
4. 指针的高级用法
   • 指针数组与数组指针
   • 多级指针
   • 函数指针
5. 指针与动态内存分配
6. 指针的常见错误与注意事项

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指针的概念

指针是C语言中一种非常重要的数据类型，它存储的是变量的内存地址。通过指针，可以直接访问和操作内存中的数据，这使得C语言在底层编程中非常强大。

• 指针的本质：指针是一个变量，其值为另一个变量的内存地址。
• 指针的作用：
  • 直接访问内存地址。
  • 实现动态内存分配。
  • 提高函数参数传递的效率。
  • 支持复杂的数据结构（如链表、树等）。

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指针的声明与初始化

指针的声明

指针的声明需要指定指针所指向的数据类型，语法如下：

数据类型 *指针变量名;

例如：

int *p;  // 声明一个指向int类型的指针

指针的初始化

指针在使用前必须初始化，否则会指向一个未知的内存地址，可能导致程序崩溃。指针可以通过以下方式初始化：

1. 指向一个已存在的变量：

   int a = 10;
   int *p = &a;  // p指向变量a的地址
   

2. 初始化为NULL（空指针）：

   int *p = NULL;  // p为空指针，不指向任何有效地址
   

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指针的操作

取地址与解引用

• 取地址运算符&：获取变量的内存地址。

  int a = 10;
  int *p = &a;  // p存储a的地址
  

• 解引用运算符*：通过指针访问或修改指向的内存数据。

  int a = 10;
  int *p = &a;
  *p = 20;  // 通过p修改a的值为20
  printf("%d", a);  // 输出20
  

指针的算术运算

指针的算术运算主要包括：

• 指针加减整数：指针会根据指向的数据类型调整地址。

  int arr[3] = {10, 20, 30};
  int *p = arr;  // p指向arr[0]
  p++;           // p现在指向arr[1]
  printf("%d", *p);  // 输出20
  

• 指针相减：计算两个指针之间的元素个数。

  int arr[3] = {10, 20, 30};
  int *p1 = &arr[0];
  int *p2 = &arr[2];
  printf("%ld", p2 - p1);  // 输出2
  

指针与数组

数组名本质上是一个指向数组首元素的指针。

• 通过指针访问数组元素：

  int arr[3] = {10, 20, 30};
  int *p = arr;
  for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("%d ", *(p + i));  // 输出10 20 30
  }
  

• 数组名与指针的区别：
  • 数组名是常量指针，不能修改其值。
  • 指针是变量，可以指向不同的地址。

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指针的高级用法

指针数组与数组指针

• 指针数组：数组中的每个元素都是指针。

  int a = 10, b = 20, c = 30;
  int *arr[3] = {&a, &b, &c};  // 指针数组
  for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("%d ", *arr[i]);  // 输出10 20 30
  }
  

• 数组指针：指向数组的指针。

  int arr[3] = {10, 20, 30};
  int (*p)[3] = &arr;  // p指向一个包含3个int元素的数组
  printf("%d", (*p)[1]);  // 输出20
  

多级指针

多级指针是指指向指针的指针。

• 二级指针：

  int a = 10;
  int *p = &a;
  int **pp = &p;  // pp指向p
  printf("%d", **pp);  // 输出10
  

函数指针

函数指针是指向函数的指针，可以用于回调函数等场景。

• 声明与使用：

  int add(int a, int b) {return a + b;
  }
  int (*func_ptr)(int, int) = add;  // 函数指针
  printf("%d", func_ptr(3, 4));  // 输出7
  

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指针与动态内存分配

C语言通过指针实现动态内存分配，常用的函数有malloc、calloc、realloc和free。

• 使用malloc分配内存：

  int *p = (int *)malloc(5 * sizeof(int));  // 分配5个int大小的内存
  if (p == NULL) {printf("内存分配失败");return 1;
  }
  free(p);  // 释放内存
  

• 使用calloc分配并初始化内存：

  int *p = (int *)calloc(5, sizeof(int));  // 分配并初始化为0
  free(p);
  

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指针的常见错误与注意事项

1. 未初始化的指针：使用未初始化的指针会导致未定义行为。

   int *p;  // 未初始化
   *p = 10; // 错误
   

2. 野指针：指针指向的内存已被释放。

   int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
   free(p);
   *p = 10; // 错误
   

3. 内存泄漏：分配的内存未释放。

   int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
   // 忘记free(p)
   

4. 指针类型不匹配：指针类型与指向的数据类型不匹配。

   int a = 10;
   float *p = (float *)&a;  // 不推荐
   

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以上是关于C语言指针的详细知识总结，涵盖了指针的基本概念、操作、高级用法以及常见错误。希望对你有所帮助！