学懂C语言（十九）：C语言指针详解

一、什么是指针？

指针是一个变量，其存储的是另一个变量的内存地址。在计算机内存中，每个存储单元都有一个唯一的地址，指针就是用来存放这些地址的。因此，通过指针，你可以间接访问和修改内存中的数据。就像其他变量或常量一样，您必须在使用指针存储其他变量地址之前，对其进行声明。指针变量声明的一般形式为：

type *var_name;

在这里，type 是指针的基类型，它必须是一个有效的 C 数据类型，var_name 是指针变量的名称。用来声明指针的星号 * 与乘法中使用的星号是相同的。但是，在这个语句中，星号是用来指定一个变量是指针。以下是有效的指针声明：

int    *ip;    /* 一个整型的指针 */
double *dp;    /* 一个 double 型的指针 */
float  *fp;    /* 一个浮点型的指针 */
char   *ch;    /* 一个字符型的指针 */

所有实际数据类型，不管是整型、浮点型、字符型，还是其他的数据类型，对应指针的值的类型都是一样的，都是一个代表内存地址的长的十六进制数。

不同数据类型的指针之间唯一的不同是，指针所指向的变量或常量的数据类型不同。

二、如何使用指针？

使用指针时会频繁进行以下几个操作：定义一个指针变量、把变量地址赋值给指针、访问指针变量中可用地址的值。这些是通过使用一元运算符 * 来返回位于操作数所指定地址的变量的值。下面的实例涉及到了这些操作：

#include <stdio.h>int main ()
{int  var = 20;   /* 实际变量的声明 */int  *ip;        /* 指针变量的声明 */ip = &var;  /* 在指针变量中存储 var 的地址 */printf("var 变量的地址: %p\n", &var  );/* 在指针变量中存储的地址 */printf("ip 变量存储的地址: %p\n", ip );/* 使用指针访问值 */printf("*ip 变量的值: %d\n", *ip );return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

var 变量的地址: 0x7ffeeef168d8
ip 变量存储的地址: 0x7ffeeef168d8
*ip 变量的值: 20

三、C 中的 NULL 指针

在变量声明的时候，如果没有确切的地址可以赋值，为指针变量赋一个 NULL 值是一个良好的编程习惯。赋为 NULL 值的指针被称为空指针。

NULL 指针是一个定义在标准库中的值为零的常量。

#include <stdio.h>int main ()
{int  *ptr = NULL;printf("ptr 的地址是 %p\n", ptr  );return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

ptr 的地址是 0x0

注意：

在大多数的操作系统上，程序不允许访问地址为 0 的内存，因为该内存是操作系统保留的。然而，内存地址 0 有特别重要的意义，它表明该指针不指向一个可访问的内存位置。但按照惯例，如果指针包含空值（零值），则假定它不指向任何东西。

如需检查一个空指针，您可以使用 if 语句，如下所示：

if(ptr) /* 如果 p 非空，则完成 */

if(!ptr) /* 如果 p 为空，则完成 */

四、C 指针详解（*重要）

1、指针的算术运算

可以对指针进行四种算术运算：++、--、+、-

假设 ptr 是一个指向地址 1000 的整型指针，是一个 32 位的整数，让我们对该指针执行下列的算术运算：

ptr++

在执行完上述的运算之后，ptr 将指向位置 1004，因为 ptr 每增加一次，它都将指向下一个整数位置，即当前位置往后移 4 字节。这个运算会在不影响内存位置中实际值的情况下，移动指针到下一个内存位置。如果 ptr 指向一个地址为 1000 的字符，上面的运算会导致指针指向位置 1001，因为下一个字符位置是在 1001。

我们概括一下：

指针的每一次递增，它其实会指向下一个元素的存储单元。
指针的每一次递减，它都会指向前一个元素的存储单元。
指针在递增和递减时跳跃的字节数取决于指针所指向变量数据类型长度，比如 int 就是 4 个字节。

指针加法和减法

指针加法和减法会根据指针指向的类型来调整步长。例如，对一个指向int类型的指针加1，实际上是将其地址增加sizeof(int)字节。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // p指向数组的第一个元素
p++; // p现在指向数组的第二个元素

指针比较

指针可以进行比较运算，常用于判断指针的先后顺序或是否指向同一内存位置。

if (p1 < p2) {// p1指向的地址在p2之前
}

2、指针数组

可以定义用来存储指针的数组。

在C语言中，数组名本质上是一个指向数组第一个元素的常量指针。因此，数组和指针在很多情况下可以互换使用。

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // 等价于 int *p = &arr[0];

通过指针访问数组元素：

printf("%d\n", *(p + 2)); // 输出3，等价于arr[2]

3、指向指针的指针

指针可以指向另一个指针，形成指针的指针（双重指针）。这在动态二维数组和函数参数传递中非常有用。

int a = 10;
int *p = &a;
int **pp = &p; // pp是指向p的指针printf("%d\n", **pp); // 输出10

4、传递指针给函数

通过引用或地址传递参数，使传递的参数在调用函数中被改变。

指针可以作为函数参数传递，使得函数能够修改调用者提供的变量，或者传递大型数据结构而避免复制开销。

传递指针的简单例子：

void increment(int *p) {(*p)++; // 通过指针修改调用者的变量
}int main() {int a = 10;increment(&a); // 传递a的地址printf("%d\n", a); // 输出11return 0;
}

5、从函数返回指针

C 允许函数返回指针到局部变量、静态变量和动态内存分配。

函数可以返回指针，常用于动态内存分配和数据结构的构建。

示例：

int* create_array(int size) {int *arr = (int*)malloc(size * sizeof(int));for (int i = 0; i < size; i++) {arr[i] = i + 1;}return arr;
}int main() {int *arr = create_array(5);for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", arr[i]); // 输出1 2 3 4 5}free(arr); // 释放动态分配的内存return 0;
}