C语言|指针的应用

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加油哦~各位！

一、指针的本质

定义：指针是一种变量，专门用于存储内存地址，其大小通常为 4 字节（32 位系统）或 8 字节（64 位系统）
核心价值：
- 直接操作内存，提升程序执行效率
- 实现函数多值返回
- 为动态内存分配提供支持
- 实现数据结构（链表、树等）

声明方式 ：数据类型 *指针变量名

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int *p;  // 声明一个指向int类型的指针p
char *str;  // 声明一个指向char类型的指针str

二、指针与地址的关系

取地址运算符（&）：获取变量的内存地址
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```
int a = 10;
int *p = &a;  // 将变量a的地址赋值给指针p
```

解引用运算符（*）：通过地址访问变量的值

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printf("%d", *p);  // 输出指针p所指向的变量值，即10
*p = 20;  // 修改指针p所指向的变量值

NULL 指针：不指向任何有效内存的指针

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int *p = NULL;  // 初始化空指针
if (p == NULL) {  // 判断指针是否为空
    // 处理空指针情况
}

三、指针与变量的结合使用

指针变量的初始化

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int a = 5;
int *p1;       // 未初始化的指针（野指针，危险！）
int *p2 = &a;  // 正确初始化，指向变量a
int *p3 = NULL;  // 初始化为空指针

指针的运算

指针 ± 整数：移动指针指向的位置

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int arr[5] = {1,2,3,4,5};
int *p = arr;
p++;  // 指针向后移动一个int类型的大小（通常4字节）

指针 - 指针：计算两个指针之间的元素个数

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int len = &arr[4] - &arr[0];  // 结果为4（元素个数差）

多级指针：指向指针的指针

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int a = 10;
int *p = &a;    // 一级指针
int **pp = &p;  // 二级指针
printf("%d", **pp);  // 输出10

四、指针与数组的关系

数组名的特性：数组名代表数组首元素的地址（常量指针）

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int arr[5] = {1,2,3,4,5};
printf("%p", arr);    // 输出数组首元素地址
printf("%p", &arr[0]);  // 与上面输出相同

指针访问数组元素

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// 以下两种方式等价
arr[2] = 10;
*(arr + 2) = 10;

数组指针（指向数组的指针）

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int (*p)[5];  // 指向包含5个int元素的数组的指针
int arr[5] = {1,2,3,4,5};
p = &arr;  // p指向整个数组

指针数组（元素为指针的数组）

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int *p[5];  // 包含5个int*指针的数组
int a = 1, b = 2, c = 3;
p[0] = &a;
p[1] = &b;
p[2] = &c;

五、指针与函数的关系

函数参数传递

值传递：函数内部修改不影响外部变量
指针传递：函数内部可修改外部变量

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void swap(int *x, int *y) {
    int temp = *x;
    *x = *y;
    *y = temp;
}

// 调用方式
int a = 3, b = 5;
swap(&a, &b);  // a和b的值会被交换

函数返回指针

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int *createArray(int size) {
    int *arr = malloc(size * sizeof(int));
    return arr;  // 返回动态分配内存的指针
}

函数指针（指向函数的指针）

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int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int (*funcPtr)(int, int);  // 声明函数指针
funcPtr = add;  // 函数指针指向add函数
int result = funcPtr(3, 5);  // 调用函数，结果为8

六、指针与字符串

字符串的两种表示形式

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char str1[] = "hello";  // 字符数组
char *str2 = "world";   // 字符串常量指针

指针操作字符串

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char *str = "hello";
while (*str != '\0') {
    printf("%c", *str);
    str++;  // 移动指针访问下一个字符
}

字符串处理函数与指针

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#include <string.h>

char *src = "hello";
char dest[20];
strcpy(dest, src);  // 字符串复制
int len = strlen(src);  // 获取字符串长度

七、动态内存分配与指针

malloc 函数：分配指定字节数的内存

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int *p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));  // 分配5个int的内存
if (p == NULL) {
    // 内存分配失败处理
}

calloc 函数：分配内存并初始化为 0

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

realloc 函数：重新调整已分配内存的大小

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p = (int*)realloc(p, 10 * sizeof(int));  // 将内存调整为10个int

free 函数：释放动态分配的内存

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free(p);  // 释放内存
p = NULL;  // 避免野指针

八、指针使用的常见错误

野指针：未初始化的指针或指向已释放内存的指针
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```
int *p;  // 野指针，危险！
*p = 10;  // 未定义行为
```
空指针解引用：对 NULL 指针使用解引用运算符
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```
int *p = NULL;
*p = 5;  // 程序崩溃
```

内存泄漏：动态分配的内存未释放

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int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
// 忘记调用free(p)，导致内存泄漏

指针越界：访问超出数组范围的内存

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int arr[5];
int *p = arr;
p[10] = 3;  // 越界访问，可能导致程序崩溃

九、指针的实际应用场景

高效处理大型数据：避免数据拷贝，直接传递地址
实现数据结构：链表、树、图等都依赖指针实现
函数回调机制：通过函数指针实现事件处理
动态数据结构：根据需要动态分配和释放内存
操作硬件设备：直接访问特定内存地址控制硬件