C语言——指针基础知识

引言

指针（Pointer）是 C 语言中最核心、最强大的特性之一，也是许多初学者的"拦路虎"。它直接操作内存地址的能力，赋予了 C 语言高效灵活的特性，但也带来了潜在的风险。理解指针的底层逻辑和正确使用方式，是掌握 C 语言的关键一步。本文将以通俗易懂的方式，结合代码示例，系统讲解指针的基础概念、运算规则、常见应用场景及避坑指南。

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一、指针是什么？

1. 内存地址与指针变量

• 内存地址 ：计算机内存被划分为连续的存储单元，每个单元有唯一的地址（如 0x7ffd42a8）。

• 指针变量：专门用于存储内存地址的变量。

int num = 10;      // 定义一个整型变量
int *p = #     // p 是指向 num 的指针变量

2. 指针的声明与初始化

语法	含义	示例
数据类型 *指针名;	声明一个指针变量	int *p;
指针名 = &变量;	将变量地址赋值给指针	p = #
*指针名	解引用（访问指针指向的内存值）	printf("%d", *p);

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二、指针的运算

1. 指针的算术运算

指针的加减操作以数据类型大小为单位移动地址。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;       // p 指向数组首元素

printf("%d\n", *p);       // 输出 1
printf("%d\n", *(p + 2)); // 输出 3（p 向后移动 2 个 int 长度，即 8 字节）

2. 指针与数组的关系

数组名本质是数组首元素的地址，指针可替代数组下标访问元素：

// 通过指针遍历数组
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
}

三、指针的应用场景

1. 动态内存分配

使用 malloc 和 free 管理堆内存：

int *arr = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // 分配5个int的内存
if (arr != NULL) {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        arr[i] = i + 1;  // 初始化数组
    }
    free(arr);  // 释放内存
    arr = NULL; // 避免野指针
}

2. 函数参数传递

通过指针实现函数内修改外部变量（值传递 vs 地址传递）：

// 错误示例：值传递无法修改外部变量
void swap(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

// 正确示例：通过指针传递
void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main() {
    int x = 5, y = 10;
    swap(&x, &y);  // x=10, y=5
    return 0;
}

3. 指针与字符串

C 语言中字符串以字符数组形式存储，可通过指针操作：

char str[] = "Hello";
char *p = str;
while (*p != '\0') {
    printf("%c ", *p);  // 输出 H e l l o
    p++;
}

四、指针的常见错误与避坑指南

1. 野指针（Dangling Pointer）

指向已释放内存的指针：

int *p;
{
    int num = 100;
    p = #  // p 指向局部变量 num
}              // num 超出作用域被释放
*p = 200;      // 错误！操作非法内存

解决方法：

• 指针初始化时赋值为 NULL。

• 释放内存后立即将指针置为 NULL。

2. 内存泄漏

未释放动态分配的内存：

void func() {
    int *p = malloc(100 * sizeof(int));
    // 忘记调用 free(p)
}

解决方法：

• 确保每个 malloc 对应一个 free。

• 使用工具（如 Valgrind）检测内存泄漏。

3. 空指针解引用

int *p = NULL;
printf("%d", *p);  // 程序崩溃！

解决方法：

通过不断练习和调试，指针将成为你编写高效 C 代码的利器。

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参考资料

如果你对指针的某个概念仍有疑问，欢迎在评论区留言讨论！

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• 操作指针前检查是否为 NULL：

  if (p != NULL) {
      *p = 100;
  }

  五、总结

  指针是 C 语言的灵魂，它直接操作内存的能力带来了极高的灵活性和效率，但也需要开发者谨慎使用。理解以下核心要点是关键：

• 指针存储的是内存地址，通过 * 解引用访问数据。

• 指针运算以数据类型大小为单位。

• 动态内存分配后必须手动释放。

• 避免野指针和空指针解引用。

• 《C Primer Plus》 - Stephen Prata

• 《C和指针》 - Kenneth A.Reek

• GeeksforGeeks: Pointers in C