C语言指针精髓：从入门到精通

指针的基本概念

指针是C语言中一种特殊的变量，用于存储另一个变量的内存地址。通过指针可以直接访问或修改内存中的数据，为动态内存管理和高效数据操作提供了基础。

指针变量的声明方式为：数据类型 *指针变量名。例如：

int *p;  // 声明一个指向整型的指针

指针的初始化与赋值

指针在使用前必须初始化，可以指向已存在的变量或动态分配的内存。未初始化的指针称为“野指针”，可能导致程序崩溃。

int a = 10;
int *p = &a;  // 将变量a的地址赋值给指针p

// 动态内存分配
int *q = (int*)malloc(sizeof(int));
*q = 20;

指针的运算

指针支持有限的算术运算，包括加减整数和指针相减（仅限同类型指针）：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;
p++;  // 指向下一个元素（地址增加sizeof(int)）

指针相减的结果是两指针之间的元素个数：

int *p1 = &arr[0];
int *p2 = &arr[3];
int diff = p2 - p1;  // 结果为3

指针与数组的关系

数组名本质上是一个指向数组首元素的常量指针。可以通过指针访问数组元素：

int arr[3] = {10, 20, 30};
int *p = arr;
printf("%d", *(p+1));  // 输出20

多级指针

指针可以指向其他指针，形成多级指针（如二级指针）：

int a = 100;
int *p = &a;
int **pp = &p;  // 二级指针
printf("%d", **pp);  // 输出100

指针与函数

指针可以作为函数参数，实现“按引用传递”的效果：

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

int main() {
    int a = 5, b = 10;
    swap(&a, &b);  // a和b的值被交换
}

函数指针

函数指针指向函数而非数据，可用于实现回调机制：

int add(int a, int b) { return a + b; }
int (*funcPtr)(int, int) = add;  // 声明函数指针
printf("%d", funcPtr(2, 3));  // 输出5

动态内存管理

通过指针配合malloc、calloc、realloc和free函数实现动态内存分配：

int *arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));  // 分配5个int的空间
if (arr != NULL) {
    for (int i = 0; i < 5; i++) arr[i] = i;
    free(arr);  // 释放内存
}

常见指针错误

空指针解引用：对未初始化或已释放的指针进行操作会导致程序崩溃。

指针越界：访问超出分配内存范围的地址可能引发不可预知的行为。

内存泄漏：忘记释放动态分配的内存会导致程序内存消耗持续增加。

类型不匹配：不同类型的指针相互赋值可能引发警告或错误（除void*外）。