C语言中的指针

什么是指针？

指针是一种变量，它存储了另一个变量的内存地址。我们可以通过指针来访问或修改它所指向的变量的值。指针的类型决定了它所指向的变量的类型，以及它可以进行的操作。

例如，下面的代码定义了一个整型变量 a，一个整型指针p，并将p 初始化为 a 的地址：

int a = 10; // 定义一个整型变量 a，并赋值为 10
int *p = &a; // 定义一个整型指针 p，并将其初始化为 a 的地址

在这里，我们使用了 & 运算符来获取变量的地址，也就是它在内存中的位置。我们也可以使用 * 运算符来获取指针所指向的变量的值，这称为 解引用 指针。例如：

printf("The value of a is %d\n", a); // 输出 a 的值
printf("The address of a is %p\n", &a); // 输出 a 的地址
printf("The value of p is %p\n", p); // 输出 p 的值，即 a 的地址
printf("The value of *p is %d\n", *p); // 输出 * p 的值，即 a 的值

输出结果可能是：

The value of a is 10
The address of a is 0x7ffeedb8f9ec
The value of p is 0x7ffeedb8f9ec
The value of *p is 10

从输出结果可以看出，p和 &a 是相同的，都是 a 的地址；而 *p 和a是相同的，都是10。

指针有什么用？

指针有很多用途，其中最常见的有以下几个：

• 动态内存分配 ：我们可以使用指针来分配和释放内存空间，从而实现动态地创建和销毁数据结构。例如，我们可以使用函数malloc() 来分配一块内存，并返回一个指向该内存的指针；我们也可以使用函数 free() 来释放一个指向已分配内存的指针。例如：

int *arr = malloc(10 * sizeof(int)); // 分配一个大小为 10 个整数的数组，并返回一个指向该数组首元素的指针
if (arr == NULL) {printf("Memory allocation failed\n"); // 如果分配失败，则输出错误信息
    exit(1); // 并退出程序
}
for (int i = 0; i < 10; i++) {arr[i] = i + 1; // 使用下标运算符 [] 来访问和修改数组元素，等价于 *(arr + i) = i + 1;
}
for (int i = 0; i < 10; i++) {printf("%d ", arr[i]); // 输出数组元素
}
printf("\n");
free(arr); // 释放数组占用的内存空间

输出结果是：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

• 传递参数：我们可以使用指针来传递参数给函数，从而实现对参数进行修改或节省复制参数所需的时间和空间。例如，我们可以使用指针来实现交换两个变量的值的函数：

void swap(int *x, int *y) { // 定义一个交换两个整型变量的值的函数，参数为两个整型指针
    int temp = *x; // 定义一个临时变量，并将 * x 的值赋给它
    *x = *y; // 将 * y 的值赋给 *x
    *y = temp; // 将临时变量的值赋给 *y
}

int main() {
    int a = 10, b = 20; // 定义两个整型变量 a 和 b，并赋值为 10 和 20
    printf("Before swap: a = %d, b = %d\n", a, b); // 输出交换前的值
    swap(&a, &b); // 调用交换函数，传入 a 和 b 的地址
    printf("After swap: a = %d, b = %d\n", a, b); // 输出交换后的值
    return 0;
}

输出结果是：

Before swap: a = 10, b = 20
After swap: a = 20, b = 10

• 实现数据结构：我们可以使用指针来实现一些复杂的数据结构，如链表、树、图等。这些数据结构通常由一些节点组成，每个节点包含一些数据和指向其他节点的指针。例如，我们可以使用指针来实现一个单向链表：

struct node { // 定义一个链表节点的结构体，包含一个整型数据和一个指向下一个节点的指针
    int data;
    struct node *next;
};

struct node *head = NULL; // 定义一个指向链表头节点的指针，并初始化为 NULL

void insert(int x) { // 定义一个在链表头部插入一个节点的函数，参数为要插入的数据
    struct node *new_node = malloc(sizeof(struct node)); // 分配一个新节点的内存空间，并返回一个指向该节点的指针
    if (new_node == NULL) {printf("Memory allocation failed\n"); // 如果分配失败，则输出错误信息
        exit(1); // 并退出程序
    }
    new_node->data = x; // 将要插入的数据赋给新节点的数据域
    new_node->next = head; // 将新节点的指针域指向原来的头节点
    head = new_node; // 将头指针指向新节点
}

void print() { // 定义一个打印链表所有元素的函数
    struct node *cur = head; // 定义一个当前节点的指针，并初始化为头节点
    while (cur != NULL) { // 当当前节点不为空时，循环执行以下操作
        printf("%d ", cur->data); // 输出当前节点的数据
        cur = cur->next; // 将当前节点移动到下一个节点
    }
    printf("\n");
}

int main() {insert(10); // 在链表头部插入 10
    insert(20); // 在链表头部插入 20
    insert(30); // 在链表头部插入 30
    print(); // 打印链表所有元素
    return 0;
}

输出结果是：

30 20 10 

指针有什么注意事项？

指针虽然强大，但也有一些需要注意的地方，否则可能会导致程序出错或崩溃。以下是一些常见的注意事项：

• 不要使用未初始化或无效的指针：如果一个指针没有被初始化或已经被释放，那么它可能会指向任意的内存地址，这可能会导致访问或修改不属于程序的内存空间，从而引发错误或崩溃。因此，在使用指针之前，我们应该确保它已经被正确地初始化或分配，并在释放后将其置为 NULL。
• 不要越过数组或字符串的边界 ：如果一个指针是用来访问数组或字符串中的元素，那么我们应该确保它不越过数组或字符串的边界，否则可能会访问到无效的内存地址，从而引发错误或崩溃。这是一个常见的编程错误，也称为 缓冲区溢出 。为了避免这种错误，我们应该在使用指针时检查它是否在合法的范围内，或者使用一些安全的函数来操作数组或字符串，如strncpy()、strncat()、snprintf() 等。