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上一篇：白骑士的C语言教学进阶篇 2.1 数组与字符串

        在本节中，我们将深入探讨C语言中的指针与内存管理，包括指针的基础知识、指针与数组的关系，以及动态内存分配。指针是C语言中强大而灵活的工具，正确理解和使用指针对编写高效和健壮的C程序至关重要。

指针基础

        指针是存储另一个变量地址的变量。在C语言中，指针的使用非常广泛，尤其在动态内存管理和数据结构操作中。

指针的定义与初始化

        可以使用以下语法定义指针变量：

数据类型 *指针名;

        例如：

int *p;

        指针变量存储的是另一个变量的地址，可以使用取地址操作符‘&‘获取变量的地址并赋值给指针，例如：

int a = 10;
int *p = &a;

        可以通过解引用操作符 ‘*‘ 访问指针所指向的变量，例如：

printf("Value of a: %d\n", *p);  // 输出10

指针的操作

• 获取变量地址：‘&‘；
• 解引用指针：‘*‘；
• 指针的算术运算：指针可以进行加减运算，例如移动到数组的下一个元素。

        例如：

int arr[3] = {1, 2, 3};
int *ptr = arr;printf("First element: %d\n", *ptr);     // 输出1ptr++;printf("Second element: %d\n", *ptr);    // 输出2

指针与数组

        在C语言中，数组名实际上是一个指向数组首元素的指针，因此数组和指针有很多相似之处。

数组名与指针

        数组名可以作为指针使用，指向数组的第一个元素，例如：

int arr[3] = {1, 2, 3};
int *ptr = arr;printf("First element: %d\n", *ptr);  // 输出1

        访问数组元素的方式可以通过指针算术运算实现，例如：

for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("Element %d: %d\n", i, *(ptr + i));
}

指针数组与数组指针

        指针数组：存储指针的数组，例如：

int *arr[3];
int a = 1, b = 2, c = 3;arr[0] = &a;
arr[1] = &b;
arr[2] = &c;

        数组指针：指向数组的指针，例如：

int (*ptr)[3];
int arr[3] = {1, 2, 3};ptr = &arr;

动态内存分配

        静态数组在编译时确定大小，而动态内存分配允许在运行时分配和释放内存，这使得程序更加灵活。

malloc与free

        ‘malloc‘ 函数用于在堆上分配指定字节数的内存，并返回指向分配内存的指针。‘free‘ 函数用于释放动态分配的内存。例如：

int *p = (int *)malloc(3 * sizeof(int));if (p == NULL) {printf("Memory allocation failed\n");return 1;
}p[0] = 1;
p[1] = 2;
p[2] = 3;for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("Element %d: %d\n", i, p[i]);
}free(p);

calloc

        ‘calloc‘ 函数类似于 ‘malloc‘，但它会初始化分配的内存为零，例如：

int *p = (int *)calloc(3, sizeof(int));if (p == NULL) {printf("Memory allocation failed\n");return 1;
}for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("Element %d: %d\n", i, p[i]);
}free(p);

realloc

        ‘realloc‘ 函数用于重新调整之前分配的动态内存大小。

int *p = (int *)malloc(2 * sizeof(int));if (p == NULL) {printf("Memory allocation failed\n");return 1;
}p[0] = 1;
p[1] = 2;
p = (int *)realloc(p, 3 * sizeof(int));if (p == NULL) {printf("Memory reallocation failed\n");return 1;
}p[2] = 3;for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("Element %d: %d\n", i, p[i]);
}free(p);

示例代码

        以下是一个综合示例，展示了指针的基本操作、指针与数组的关系以及动态内存分配的使用：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {// 指针基础int a = 10;int *p = &a;printf("Address of a: %p\n", p);printf("Value of a: %d\n", *p);// 指针与数组int arr[3] = {1, 2, 3};int *ptr = arr;for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("Element %d: %d\n", i, *(ptr + i));}// 动态内存分配int *dynamicArr = (int *)malloc(3 * sizeof(int));if (dynamicArr == NULL) {printf("Memory allocation failed\n");return 1;}dynamicArr[0] = 1;dynamicArr[1] = 2;dynamicArr[2] = 3;for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("Dynamic array element %d: %d\n", i, dynamicArr[i]);}free(dynamicArr);return 0;
}

结论

        通过本节的学习，你已经了解了C语言中指针与内存管理的基本概念和使用方法，包括指针的定义与操作、指针与数组的关系，以及动态内存分配。指针是C语言中非常强大且重要的特性，正确使用指针不仅能提高程序的效率，还能增强代码的灵活性和可扩展性。在接下来的章节中，我们将继续深入探讨C语言中的面向对象编程、模板和标准模板库等高级主题，进一步提升编程技能。

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