C语言进阶：深入探讨指针(一)

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我们知道，在C语言中，指针是用于存储内存地址的变量。从底层看，任何被定义的实体（如变量、函数、数组、字符串等）在程序运行时都会占用一块确定的内存空间，就像酒店房间一样，有唯一编号，这些内存块也通过唯一的地址来标识。编译器/运行时系统会为这些实体分配内存，而指针的作用就是记录这些地址，从而实现精准访问。

一、简单的指针

示例：

int a = 8;
// 定义一个整型指针并赋值
int *p = &a;  // a 必须是一个整型变量

// 定义一个浮点型指针
float a = 2.5f;
int *p = &a； // a是一个浮点型变量

这类指针相对简单直观，容易理解。

假设：a是一个整型变量，那么指向它的指针类型就是 int *。同理：

int * ———— 一般整型指针，指向int类型数据
float * ———— 单精度浮点型指针，指向float类型数据
char * ———— 字符类型指针，指向字符类型数据
unsigned int * ———— 无符号整型类型指针，指向无符号整型数据

其指向结构示意图如下：

如上图所示，指针 p 存储了变量 a 的内存地址（假设为0x44ff0066）。由于 p 指向 a 所在的内存空间，我们可以通过解引用指针p（即 *p）来间接访问或修改变量 a 的值。例如：

int a = 10;
int *p = &a;
*p = 50;

二、多级指针

从指针的定义出发，我们可以进一步思考：指针本身也是一个变量，既然它能存储其他变量的内存地址，那么指针自身的内存地址是否也存在？ 答案是肯定的——指针变量同样存储在内存中，因此它也有自己的内存地址。

既然指针变量也有地址，那么我们就可以定义另一个指针（即“指针的指针”）来存储这个地址。

例如：

int a = 10;
int *p = &a; // 一级指针
int **p1 = &p; // 二级指针
int ***p2 = &p1; // 三级指针
int ****p3 = &p2; // 四级指针
// 你可以无限套娃

这样形成 p3 ——> p2 ——> p1 ——> p ——> a 的4级间接访问

三、数组中指针的移动

在 C 中，指针存储的是内存地址（通常为十六进制数值），而指针运算的本质是 地址的算术偏移。其核心规则是：指针 ± 整数 = 原地址 ± (整数 × 数据类型字节数)

3.1、运算的意义

合法运算：如 int* p加 1，实际地址会向后偏移 4 字节（假设 int占 4 字节），指向下一个整数单元。
非法运算：类似 date + date（日期相加无意义），指针间的直接相加（如 p + q）也无意义，编译器可能报错

因此只有：同一数据类型且指向同一内存区域的指针才能安全运算。

代码示例：

char arr[11] = {65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75}; 
// 变量arr 就是一个指针它存储的是首元素的地址，即65的地址


char* p = arr;    // p 指向数组首地址
p++;             // 地址 +1 → 指向 arr[1]
p -= 2;          // 地址 -2 → 指向 arr[-1]（危险！越界访问）

其示意内存图如下所示：

指针减去指针，它可以得到两个相同类型指针之间的距离（元素个数）。类似于日期减去日期可以的到两个日期之间相差的天数。例如：

int* q = &arr[3]; // 假设arr是一个整型数组
ptrdiff_t dist = q - p; // 结果为 2（非字节差）

3.2、指针运算注意事项

void * 类型的指针不能直接进行运算，因为计算机不知到它指向的数据是什么类型，就无法精确得知需要偏移几个字节

需要避免越界情况。

例如：

int arr[3] = {1,2,3};
int *p = arr;
p = p - 1; // 可以计算，但是越界了

上述代码就是一个错误示例，如果这时对 *p 进行解引用操作，是非常危险的。因为你不知到 p 的指向哪里，具体有以下三种情况：

未分配的内存
其他变量或数据（但你不应该随意访问）
操作系统保留区域（访问它可能会导致崩溃）

需要避免出现野指针（没有被正确初始化或者指向了无效内存区域的指针）

四、指针数组

顾名思义，指针数组是一个用来存储内存地址的数组。

例如：

int a = 0; int b = 0;
int *parr[2] = {&a, &b}; // 指针数组的定义和初始化

最为典型的是它经常用来存储多个字符串：

#include <stdio.h>

int main() {
    char *names[] = {  // 指针数组，每个元素是 char *
        "Alice",
        "Bob",
        "Charlie"
    };

    int num = sizeof(names) / sizeof(names[0]); // 数组的长度 即 数组大小 / 每个元素的大小

    for (int i = 0; i < num; i++) {
        printf("Name %d: %s\n", i + 1, names[i]);
    }

    return 0;
}

此外，通过它我们可以模拟二维数组：

int arr[5] = {1,2,3,4,5};
int arr1[5] = {2,4,6,8,10};
int *p_arr[2] = {arr, arr1}; // 达成模拟二维数组的效果