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C语言的数组：跨越一个阶梯，如何用一种数据结构存储无限多的数据？

01

本节重点

C语言指针

什么是指针？

指针是C语言中一种特殊的变量，它可以存储另一个变量的内存地址。通过指针，我们可以间接地访问或修改内存中的数据，而不需要知道它们的具体位置。指针是C语言的灵魂，它使得C语言具有强大的功能和灵活性，但也带来了一些复杂性和风险。

为什么要使用指针？

指针的用途非常广泛，它可以帮助我们实现一些C语言中的核心功能，例如：

动态内存分配：通过指针，我们可以在运行时根据需要申请或释放内存空间，而不必事先确定大小或数量。

数组和字符串：数组和字符串本质上都是指针，它们指向一段连续的内存空间，其中存储了多个相同类型的数据或字符。通过指针，我们可以方便地操作数组和字符串中的元素，或者传递它们作为函数的参数。

函数指针：函数指针是一种指针，它指向一个函数的入口地址。通过函数指针，我们可以实现函数的回调或者多态，即根据不同的情况调用不同的函数。

链表和树：链表和树是两种常用的数据结构，它们由多个节点组成，每个节点都包含一个或多个指针，指向其他节点。通过指针，我们可以构建和遍历这些复杂的数据结构，实现各种算法和应用。

如何定义和使用指针？

指针的定义和使用需要遵循一些基本的规则和格式，否则可能会导致错误或者未定义的行为。下面是一些常见的指针操作的示例和说明：

- 定义指针：指针的定义需要指定指针的类型和名称，类型表示指针所指向的变量的类型，名称表示指针变量的标识符。指针的类型和名称之间需要加一个星号(*)，表示这是一个指针。例如：

int *p; // 定义一个指向整型的指针pchar *s; // 定义一个指向字符型的指针svoid (*f)(int); // 定义一个指向函数的指针f，该函数接受一个整型参数，没有返回值

- 初始化指针：指针的初始化需要给指针赋值一个合法的内存地址，这个地址通常是另一个变量的地址，或者是动态分配的内存空间的地址。为了获取一个变量的地址，我们需要使用取地址符(&)，它可以返回一个变量在内存中的位置。例如：

int a = 10; // 定义一个整型变量a，赋值为10int *p = &a; // 定义一个指向整型的指针p，初始化为a的地址char *s = "Hello"; // 定义一个指向字符型的指针s，初始化为字符串常量"Hello"的地址void *q = malloc(sizeof(int)); // 定义一个指向任意类型的指针q，初始化为动态分配的一个整型大小的内存空间的地址

- 访问指针：访问指针的目的是获取或修改指针所指向的变量的值，这需要使用解引用符(*)，它可以返回一个指针所指向的内存地址中存储的数据。例如：

int a = 10; // 定义一个整型变量a，赋值为10int *p = &a; // 定义一个指向整型的指针p，初始化为a的地址printf("%d\n", *p); // 打印指针p所指向的变量的值，即10*p = 20; // 修改指针p所指向的变量的值，即将a的值改为20printf("%d\n", a); // 打印变量a的值，即20

- 指针的算术运算：指针的算术运算是指对指针进行加减法，或者比较两个指针的大小。指针的算术运算的结果取决于指针的类型，因为不同类型的指针所指向的变量占用的内存空间大小不同。例如：

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 定义一个整型数组a，包含5个元素int *p = a; // 定义一个指向整型的指针p，初始化为数组a的首地址，即a[0]的地址int *q = p + 2; // 定义一个指向整型的指针q，初始化为p加上2，即a[2]的地址printf("%d\n", *q); // 打印指针q所指向的变量的值，即3printf("%d\n", q - p); // 打印指针q和p的差值，即2，表示q和p之间相隔了2个整型的距离printf("%d\n", q > p); // 打印指针q和p的比较结果，即1，表示q的地址大于p的地址

指针的注意事项

指针虽然强大，但也需要注意一些常见的问题和错误，例如：

- 空指针：空指针是一个特殊的指针，它不指向任何有效的内存地址，它的值为NULL。空指针通常用来表示一个指针没有被初始化，或者表示一个指针已经失效。空指针不能被解引用，否则会导致程序崩溃。例如：

int *p = NULL; // 定义一个指向整型的指针p，初始化为NULL

printf("%d\n", *p); // 错误，试图访问一个空指针所指向的变量的值，会导致程序崩溃

- 野指针：野指针是一个指向无效或未知的内存地址的指针，它的值不是NULL，但也不是一个合法的地址。野指针通常是由于指针没有被正确初始化，或者指针指向的内存空间已经被释放或修改而造成的。野指针也不能被解引用，否则会导致程序崩溃或数据错误。例如：

int *p; // 定义一个指向整型的指针p，没有初始化，它的值是随机的

printf("%d\n", *p); // 错误，试图访问一个野指针所指向的变量的值，会导致程序崩溃或数据错误

- 指针的越界：指针的越界是指指针指向了一个超出了合法范围的内存地址，这通常是由于指针的算术运算或者数组的下标操作造成的。指针的越界可能会覆盖或破坏其他的内存空间，导致程序崩溃或数据错误。例如：

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 定义一个整型数组a，包含5个元素

int *p = a + 5; // 定义一个指向整型的指针p，初始化为a加上5，即a[5]的地址，这是一个越界的地址，因为数组的下标从0开始，最大为4

printf("%d\n", *p); // 错误，试图访问一个越界的指针所指向的变量的值，会导致程序崩溃或数据错误

- 指针的类型转换：指针的类型转换是指将一个指针强制转换为另一个类型的指针，这通常是为了实现一些特殊的功能或者绕过一些限制。指针的类型转换需要谨慎使用，因为不同类型的指针所指向的变量的大小和表示方式可能不同，如果不正确地转换或者访问，可能会导致程序崩溃或数据错误。例如：

int a = 0x12345678; // 定义一个整型变量a，赋值为16进制的12345678

char *p = (char *)&a; // 定义一个指向字符型的指针p，将a的地址强制转换为字符型的地址，这是一个类型转换的操作

printf("%x\n", *p); // 打印指针p所指向的变量的值，按照16进制的格式，结果是78，这是因为字符型的大小为1个字节，而整型的大小为4个字节，指针p只能访问到a的最低位的字节

实例：

为了更好地理解指针的概念和用法，我们来看一个实际的例子：

#include <stdio.h>// 定义一个交换两个整数的函数，使用指针作为参数void swap(int *a, int *b) {    // 定义一个临时变量，用来存储*a的值    int temp = *a;    // 将*b的值赋给*a，即交换了两个变量的值    *a = *b;    // 将temp的值赋给*b，即完成了交换    *b = temp;}int main() {    // 定义两个整数变量x和y，分别赋值为10和20    int x = 10, y = 20;    // 打印x和y的值，此时为10和20    printf("x = %d, y = %d\n", x, y);    // 调用swap函数，传入x和y的地址，即使用&运算符获取变量的地址    swap(&x, &y);    // 再次打印x和y的值，此时为20和10，说明交换成功    printf("x = %d, y = %d\n", x, y);    // 返回0，表示程序正常结束    return 0;}

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