指针的初认识

最新推荐文章于 2025-12-18 17:00:31 发布

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#算法 #数据结构

指针是 C/C++ 等编程语言的核心概念，本质是存储内存地址的变量。通过指针，我们可以间接操作内存中的数据，实现灵活的内存管理、函数传参、动态数据结构（如链表、树）等功能。

一、核心概念：内存地址与指针变量

内存地址：计算机内存被划分为一个个字节的存储单元，每个单元有唯一的编号（即地址），类似酒店房间号。例如：变量 int a = 10; 会占用 4 个字节（int 默认 4 字节），系统会为这 4 个字节分配一个起始地址（如 0x7ffeefbff5c4）。
指针变量：专门用来存储内存地址的变量，其类型对应指向数据的类型（需匹配，否则可能导致内存访问错误）。语法：数据类型 *指针变量名;

二、指针的基本使用

1. 定义与初始化

运行

#include <stdio.h>

int main() {
    // 普通变量
    int a = 10;
    // 指针变量p：存储a的地址（&为取地址符）
    int *p = &a;

    printf("变量a的值：%d\n", a);        // 输出：10
    printf("变量a的地址：%p\n", &a);    // 输出：0x7ffeefbff5c4（示例地址）
    printf("指针p的值（a的地址）：%p\n", p);  // 输出：0x7ffeefbff5c4
    printf("指针p指向的值（*p解引用）：%d\n", *p);  // 输出：10

    return 0;
}

&a：取变量 a 的地址（地址运算符）。
*p：解引用运算符，通过指针 p 访问其指向的内存中的数据。

2. 指针修改目标变量的值

指针的核心用途之一：通过指针间接修改变量值（即使变量在不同作用域）。

运行

#include <stdio.h>

void changeValue(int *p) {
    // 修改指针指向的内存值
    *p = 20;
}

int main() {
    int a = 10;
    printf("修改前：%d\n", a);  // 10
    // 传递a的地址给指针参数
    changeValue(&a);
    printf("修改后：%d\n", a);  // 20
    return 0;
}

三、指针的关键特性

1. 指针的大小

指针的大小由操作系统位数决定（与指向的数据类型无关）：

32 位系统：指针占 4 字节（地址范围 0~2³²-1）。
64 位系统：指针占 8 字节（地址范围 0~2⁶⁴-1）。

验证代码：

运行

#include <stdio.h>

int main() {
    int *p1;
    char *p2;
    double *p3;
    // 64位系统下均输出8
    printf("int*大小：%zu\n", sizeof(p1));
    printf("char*大小：%zu\n", sizeof(p2));
    printf("double*大小：%zu\n", sizeof(p3));
    return 0;
}

2. 空指针（NULL）

表示指针不指向任何有效的内存地址，避免野指针（指向随机地址的指针）导致的崩溃。

运行

// 定义空指针（C11后推荐用NULL或nullptr（C++））
int *p = NULL;
// 判空后再使用
if (p != NULL) {
    *p = 10; // 不会执行，避免访问非法内存
}

3. 野指针（危险！）

定义：未初始化、指向已释放内存、越界的指针。

示例（禁止运行）：

运行

// 未初始化的野指针
int *p;
// 访问随机地址，可能导致程序崩溃/内存破坏
*p = 10;

避免：
1. 指针定义时初始化为 NULL；
2. 动态分配内存后检查是否成功；
3. 释放内存后将指针置为 NULL。

四、常见指针类型

1. 普通指针（指向基本类型）

运行

char ch = 'a';
char *pc = &ch;

double d = 3.14;
double *pd = &d;

2. 数组指针（指向数组）

数组名本质是数组首元素的地址（常量，不可修改）：

运行

int arr[5] = {1,2,3,4,5};
// p指向数组首元素（等价于p = arr）
int *p = &arr[0];

// 通过指针遍历数组
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    // 等价于*(p+i) 或 arr[i]
    printf("%d ", p[i]);
}

3. 函数指针（指向函数）

用于回调函数、动态调用函数：

运行

// 定义函数
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 定义函数指针（格式：返回值类型 (*指针名)(参数列表)）
int (*fp)(int, int) = add;

// 调用：输出3
printf("%d\n", fp(1,2));

4. 二级指针（指向指针的指针）

用于修改指针本身（如动态分配内存、函数传指针的指针）：

运行

int a = 10;
// 一级指针：指向a
int *p = &a;
// 二级指针：指向p
int **pp = &p;

// 输出：10（等价于*p 或 a）
printf("%d\n", **pp);

五、指针的核心应用场景

函数传参（修改外部变量）：如交换两个整数（必须用指针，否则仅修改形参）：

运行

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

int main() {
    int a = 1, b = 2;
    // 交换后a=2，b=1
    swap(&a, &b);
    return 0;
}

动态内存分配（malloc/free）：运行时按需分配内存（堆内存）：

运行

// 分配10个int的内存（堆区）
int *arr = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
if (arr == NULL) {
    printf("内存分配失败\n");
    return 1;
}

// 使用动态数组
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    arr[i] = i;
}

// 释放内存（避免内存泄漏）
free(arr);
// 置空，避免野指针
arr = NULL;