C语言-指针_笔记

### C语言-指针 #### 地址和指针 在C语言中，**地址**是内存中每个字节的唯一标识，它用于定位存储在内存中的数据和指令。当我们在程序中定义一个变量时，操作系统会在内存中分配一块特定的空间，并给予这块空间一个唯一的地址。我们通常通过变量名来访问这块空间中的数据，这个过程被称为**直接引用**。 然而，C语言还提供了一种更灵活的数据引用方式——**间接引用**，这便是通过**指针**实现的。指针是一种特殊的变量，它的值是另一个变量的内存地址。换句话说，指针“指向”了内存中的某个位置。当一个指针变量的值被设置为某个变量的地址时，我们说这个指针指向了该变量。 #### 指向变量的指针 ##### 定义指针变量 指针变量的定义遵循以下格式： ``` 类型名 *指针变量名; ``` 这里的`类型名`必须与指针所指向的变量类型相匹配，而星号`*`表明这是一个指针变量。例如，如果我们要定义一个指向整型变量的指针，可以这样写： ``` int *p; ``` ##### 使用指针变量 指针变量可以进行两种基本操作：取地址(`&`)和解引用(`*`)。 - **取地址运算符**`&`：获取变量的地址。例如，`&a`返回变量`a`的地址。 - **解引用运算符**`*`：访问指针所指向的变量。例如，`*p`返回指针`p`指向的变量的值。 需要注意的是，这两个运算符在某些情况下可以相互抵消，如`&*p`等于`p`本身，因为`*p`已经获取了`p`指向的变量，再对其取地址就是`p`的值。 #### 指针变量的引用 在使用指针变量之前，应该先使其指向一个具体的变量。这可以通过赋值语句实现，如`p = &a;`，这将`a`的地址赋给了`p`。此后，我们就可以通过`p`来间接访问和修改`a`的值了。 在处理指针时，有两点至关重要： 1. **避免给指针赋常数值**：指针是用来存储地址的，不应该直接赋值常数或其他非地址值。 2. **确保指针指向有效地址**：在对指针所指向的对象进行操作前，必须确认指针指向了一个合法的地址。否则，可能导致程序崩溃或不可预测的行为。 #### 指针与数组 C语言中的数组也可以通过指针来访问。数组名本身就是指向数组第一个元素的指针。这意味着我们可以使用指针来遍历整个数组，或者将数组作为参数传递给函数。 ##### 指向数组元素的指针变量 可以定义一个指针变量，使其指向数组中的任意元素。例如，如果我们有一个整型数组`int arr[5];`，那么可以通过以下方式定义并使用指向数组元素的指针： ```c int *ptr = &arr[0]; ``` 这里，`ptr`指向了数组的第一个元素。我们可以通过`ptr++`或`ptr--`来移动指针，使之指向数组中的其他元素。 ##### 数组名作函数参数 将数组名作为函数参数传递时，实际上是传递了数组首元素的地址。这意味着在函数内部，我们可以通过指针来访问和修改原数组中的元素。 #### 指针与字符串 字符串在C语言中通常被视为字符数组，因此，处理字符串时，指针也扮演着重要角色。字符串末尾通常以空字符`\0`结束，这是判断字符串结束的标志。 ##### 指向字符串的指针变量 可以定义一个指针变量来指向字符串，从而方便地操作字符串。例如： ```c char str[] = "Hello, World!"; char *p = str; ``` 这里，`p`指向了字符串`str`的起始位置。通过`p`，我们可以遍历字符串，直到遇到`\0`为止。 #### 返回指针值的函数 C语言支持函数返回指针。这意味着函数不仅可以返回简单的数据类型（如整数、浮点数），还可以返回指向某种数据类型的指针。 ##### 指向函数的指针 在C语言中，函数也是一种数据类型，可以将其地址存储在指针中。指向函数的指针可以用于调用函数，这种机制在实现回调函数和函数库时非常有用。 例如，我们可以定义一个指向函数的指针，然后通过它来调用目标函数： ```c int (*func_ptr)(int, int); func_ptr = some_function; int result = func_ptr(5, 3); ``` 这里，`func_ptr`是一个指向接受两个整数参数并返回整数的函数的指针。 #### 指针数组与多维数组 C语言还支持指针数组和多维数组。指针数组是数组的每个元素都是指针的数组，而多维数组可以通过指针来灵活地访问。 ##### 指向多维数组的指针 对于多维数组，可以定义一个指针变量来指向数组中的某个维度，这样就可以轻松地遍历和操作数组。例如，在二维数组中，我们可以通过以下方式定义一个指向数组行的指针： ```c int array[3][4]; int (*row_ptr)[4] = array; ``` 这里，`row_ptr`指向了数组的第一行。通过递增`row_ptr`，我们可以访问数组的后续行。 #### 指向指针的指针 C语言允许定义指向指针的指针，这在处理复杂的动态数据结构时很有用。指向指针的指针使得我们可以间接地修改指针的值，这对于实现某些高级算法（如垃圾回收）至关重要。 例如： ```c int var = 10; int *ptr = &var; int **ptr_to_ptr = &ptr; ``` 在这个例子中，`ptr`指向了`var`，而`ptr_to_ptr`则指向了`ptr`。 总结来说，C语言中的指针是一个强大且灵活的概念，掌握指针的使用是深入理解C语言的关键。通过指针，我们能够更高效地管理内存，访问和操作复杂的数据结构。然而，不当的指针操作也可能导致程序错误，因此在使用指针时务必谨慎。