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C语言教程（十四）：C 语言指针详解

news 来源：原创 2025/4/25 5:33:20

一、指针的基本概念

指针是一个变量，其值为另一个变量的内存地址。简单来说，指针指向了内存中的某个位置，通过指针可以间接访问该位置存储的数据。指针的使用可以让程序更加高效地处理数据，特别是在处理数组、动态内存分配等方面。

二、指针的定义和初始化

2.1 指针的定义

定义指针变量的语法格式为：数据类型 *指针变量名;

数据类型：指定指针所指向的变量的数据类型，如 `int`、`float`、`char` 等。

指针变量名：是用户自定义的标识符，用于标识这个指针变量。

`*` ：是指针声明符，用于表明这是一个指针变量。

例如，定义一个指向整数的指针：int *ptr;

2.2 指针的初始化

指针变量在使用之前最好进行初始化，否则它可能包含一个随机的内存地址，访问该地址可能会导致未定义行为。指针可以初始化为 `NULL` 或者某个变量的地址。

初始化为 `NULL`：`NULL` 是一个特殊的指针值，表示指针不指向任何有效的内存地址。int *ptr = NULL;

初始化为某个变量的地址：使用取地址运算符 `&` 来获取变量的地址，并将其赋值给指针。

#include <stdio.h>int main() {int num = 10;int *ptr = &num;  // ptr 指向 num 的地址printf("num 的地址: %p\n", &num);printf("ptr 存储的地址: %p\n", ptr);return 0;
}

三、指针的解引用

解引用是指通过指针访问其所指向的内存位置的数据。使用解引用运算符 `*` 来实现。

#include <stdio.h>int main() {int num = 10;int *ptr = &num;printf("num 的值: %d\n", num);printf("通过指针访问 num 的值: %d\n", *ptr);*ptr = 20;  // 通过指针修改 num 的值printf("修改后 num 的值: %d\n", num);return 0;
}

在上述代码中，`*ptr` 表示访问 `ptr` 所指向的内存位置的数据。可以通过 `*ptr` 来读取或修改该位置的数据。

四、指针与数组

4.1 数组名与指针的关系

在C语言中，数组名在大多数情况下会被隐式转换为指向数组第一个元素的指针。例如：

#include <stdio.h>int main() {int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};int *ptr = numbers;  // numbers 被转换为指向第一个元素的指针printf("数组的第一个元素: %d\n", *ptr);return 0;
}

4.2 通过指针访问数组元素

可以使用指针的算术运算来访问数组元素。指针的算术运算包括指针的加法和减法。

#include <stdio.h>int main() {int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};int *ptr = numbers;for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", *(ptr + i));}printf("\n");return 0;
}

在上述代码中，`ptr + i` 表示指向数组中第 `i` 个元素的指针，`*(ptr + i)` 表示访问该元素的值。

五、指针与函数

5.1 指针作为函数参数

将指针作为函数参数可以实现通过函数修改实参的值。这是因为传递的是实参的地址，函数可以直接访问和修改该地址所存储的数据。

#include <stdio.h>void swap(int *a, int *b) {int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}int main() {int x = 10, y = 20;printf("交换前: x = %d, y = %d\n", x, y);swap(&x, &y);printf("交换后: x = %d, y = %d\n", x, y);return 0;
}

在上述代码中，`swap` 函数接受两个指针作为参数，通过指针交换了两个变量的值。

5.2 指针作为函数返回值

函数可以返回一个指针，但需要注意返回的指针必须指向有效的内存地址。如果返回的是局部变量的地址，可能会导致未定义行为，因为局部变量在函数结束后会被销毁。

#include <stdio.h>int *getMax(int *arr, int size) {int *max = arr;for (int i = 1; i < size; i++) {if (*(arr + i) > *max) {max = arr + i;}}return max;
}int main() {int numbers[5] = {1, 3, 2, 5, 4};int *maxPtr = getMax(numbers, 5);printf("数组中的最大值: %d\n", *maxPtr);return 0;
}

在上述代码中，`getMax` 函数返回一个指向数组中最大值的指针。

六、动态内存分配

6.1 `malloc` 函数

`malloc` 函数用于在堆内存中分配指定大小的内存块。其原型为：void *malloc(size_t size);

`size` 是要分配的内存块的大小，单位是字节。

`malloc` 函数返回一个指向分配的内存块的指针，如果分配失败则返回 `NULL`。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *ptr = (int *)malloc(5 * sizeof(int));if (ptr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}for (int i = 0; i < 5; i++) {ptr[i] = i + 1;}for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", ptr[i]);}printf("\n");free(ptr);  // 释放分配的内存return 0;
}

在上述代码中，使用 `malloc` 函数分配了一个可以存储 5 个整数的内存块，并对其进行初始化和访问，最后使用 `free` 函数释放了分配的内存。

6.2 `calloc` 函数

`calloc` 函数也用于在堆内存中分配内存块，与 `malloc` 不同的是，`calloc` 会将分配的内存块初始化为 0。其原型为：void *calloc(size_t num, size_t size);

`num` 是要分配的元素个数。

`size` 是每个元素的大小，单位是字节。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *ptr = (int *)malloc(3 * sizeof(int));if (ptr == NULL) {printf("内存分配失败\n");return 1;}for (int i = 0; i < 3; i++) {ptr[i] = i + 1;}ptr = (int *)realloc(ptr, 5 * sizeof(int));if (ptr == NULL) {printf("内存重新分配失败\n");return 1;}for (int i = 3; i < 5; i++) {ptr[i] = i + 1;}for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", ptr[i]);}printf("\n");free(ptr);return 0;
}