10? ?學習指針
1? 指針核心定義與本質
1.1 指針與指針變量
? ? ? ? 1、指針即地址，指針變量是存放地址的變量，其大小與操作系統位數相關：64 位系統中占 8 字節，32 位系統中占 4 字節。
? ? ? ? 2、指針的核心功能是通過地址間接訪問目標變量，實現靈活的內存操作。
1.2 指針類型的關鍵作用
? ? ? ? 1、承載地址信息與內存解析規則，基類型必須與指向數據類型嚴格一致。
? ? ? ? 2、決定內存訪問步長：char*偏移 1 字節，int*偏移 4 字節，double*偏移 8 字節。
1.3 核心要求
????????指針變量本身及指向的內存空間必須確定，嚴禁使用野指針（未初始化）或懸垂指針（指向已釋放空間）。
2? 指針的基本操作規則
2.1 地址獲取與傳遞
????????1、通過&（取地址運算符）可獲取變量在內存空間中的首地址，只有左值（可被賦值的變量）能進行&操作，常量、表達式和寄存器變量（register修飾）不能。
????????2、例如int Num = 0; &Num可得到Num在內存中 4 字節空間的首地址，其類型為int *（由基類型int升級而來）。
????????3、在函數傳參中，使用&傳遞變量地址，能實現在被調函數中修改主調函數的變量值，突破值傳遞 “單向傳遞” 的限制（典型應用：函數返回多個值）。
2.2 指針訪問與解引用
????????1、通過*運算符可獲得指針指向的空間或對應空間中的值，*連接的內容必須為指針類型（否則編譯報錯）。
? ? ? ? 2、若直接使用*對應的表達式，其值為指針指向空間中的值，類型為指針類型降級后的基類型，如int *p; *p的類型為int。
? ? ? ? 3、變量有兩種訪問形式：直接訪問（通過變量名，如Num = 5）和間接訪問（通過指針，如*p = 5）。
3? 字符串函數與指針應用（基于指針實現的庫函數）
????????字符串操作函數的底層實現依賴指針對字符數組的遍歷與修改，核心是通過char*指針訪問內存中的字符序列（以'\0'結尾）。
| 函數 | 功能 | 核心實現邏輯 | 關鍵點 |
|---|---|---|---|
strlen | 計算字符串長度 | 指針遍歷至'\0'，返回指針差值 | const char*保證只讀，不包含'\0' |
strcpy | 復制字符串 | 逐個字符復制（含'\0'） | 需保證目標空間足夠，禁止地址重疊 |
strcat | 拼接字符串 | 先移動指針至目標末尾，再復制源字符串 | 目標需足夠大，源和目標均需'\0'結尾 |
strcmp | 比較字符串 | 按 ASCII 值逐個比較，遇不同字符返回差值 | 非長度比較，一旦不同立即返回 |
3.1?strlen：計算字符串長度
? ? ? ? 1、功能：返回字符串中'\0'前的字符個數（不包含'\0'）。
? ? ? ? 2、底層實現：
size_t strlen(const char *str)
{const char *p = str; // 用指針遍歷字符串while (*p != '\0') { // 遍歷至結束符p++;}return p - str; // 指針差值即長度（字符個數）
}? ? ? ? 3、關鍵點：const char*保證不修改原字符串；通過指針自增遍歷，通過指針相減計算長度。
3.2?strcpy：字符串復制
? ? ? ? 1、功能：將源字符串（src）復制到目標空間（dest），包括'\0'，返回目標地址。
? ? ? ? 2、底層實現：
char *strcpy(char *dest, const char *src)
{char *p = dest; // 保存目標首地址（用于返回）while ((*p++ = *src++) != '\0'); // 逐個復制字符，包括'\0'return dest;
}????????3、注意事項
????????????????需保證dest空間足夠大，否則會導致緩沖區溢出。
????????????????源字符串必須以'\0'結尾，否則會復制隨機數據。
????????????????禁止源地址與目標地址重疊（如strcpy(a, a+1)會導致未定義行為）。
3.3 strcat：字符串拼接
? ? ? ? 1、功能：將源字符串（src）追加到目標字符串（dest）的末尾（覆蓋dest原有的'\0'），返回目標地址。
? ? ? ? 2、底層實現：
char *strcat(char *dest, const char *src)
{char *p = dest;// 1. 移動指針到dest的末尾（'\0'位置）while (*p != '\0') {p++;}// 2. 復制src到dest末尾，同strcpy邏輯while ((*p++ = *src++) != '\0');return dest;
}
? ? ? ? 3、注意事項：
????????dest必須有足夠空間容納拼接后的字符串。
????????dest和src都必須以'\0'結尾。
3.4?strcmp：字符串比較
? ? ? ? 1、功能：按 ASCII 值比較兩個字符串，返回差值（0表示相等，正數表示str1大于str2，負數表示str1小于str2）。
? ? ? ? 2、底層實現：
int strcmp(const char *str1, const char *str2)
{// 遍歷字符，直到遇到不同字符或'\0'while (*str1 != '\0' && *str2 != '\0' && *str1 == *str2) {str1++;str2++;}// 返回對應字符的ASCII差值return (unsigned char)*str1 - (unsigned char)*str2;
}
? ? ? ? 3、關鍵點：
????????????????比較的是字符的 ASCII 值，而非字符串長度。
????????????????一旦遇到不同字符立即返回差值，不繼續比較后續字符。
4? 指針偏移與內存訪問
? ? ? ? 1、指針偏移大小由基類型大小決定：char *偏移 1 字節，int *偏移 4 字節，double *偏移 8 字節，結構體指針偏移整個結構體大小。
? ? ? ? 2、兩個同類型指針相減的結果為地址間相差的數據類型元素個數（非字節數），例如int *p1 = a; int *p2 = a+3; p2-p1結果為 3（表示相差 3 個int元素）。
? ? ? ? 3、指針不能與非指針類型運算，也不能跨類型相減（編譯報錯）。
5? 野指針與空指針
? ? ? ? 1、野指針成因：未經初始化的指針（如int *p;）、指向已釋放空間的指針（如free(p);后未置空）、越界訪問的指針（如數組越界）。
? ? ? ? 2、空指針：指向內存地址0x0的指針，用NULL（本質為(void*)0）表示，該空間為系統保留的只讀區域，對空指針解引用（*p = 10）會導致程序崩潰。
? ? ? ? 3、預防野指針：未使用的指針初始化為NULL；釋放內存后立即置空（free(p); p = NULL;）；避免指針越界訪問。
6? 指針賦值與修改
? ? ? ? 1、對指針變量本身賦值（如p = q;）：改變指針的指向，使其指向新的地址。
? ? ? ? 2、對指針解引用賦值（如*p = *q;）：改變指針指向空間的值，指針指向不變。
? ? ? ? 3、示例：int a=1, b=2; int *p=&a, *q=&b; p=q;后p指向b，*p結果為 2；*p=*q;后a的值變為 2，p仍指向a。
7? 動態內存分配與管理
7.1 核心函數
| 函數 | 功能 | 特點 |
|---|---|---|
malloc(size_t size) | 申請size字節的連續內存 | 未初始化，內容為隨機值；返回void*，需強轉；失敗返回NULL |
calloc(size_t n, size_t size) | 申請n個size字節的連續內存 | 自動初始化為 0；效率略低于malloc |
realloc(void *ptr, size_t size) | 調整已分配內存的大小 | 可能在原地址擴展或重新分配；失敗返回NULL，原內存不變 |
free(void *ptr) | 釋放動態分配的內存 | 僅釋放ptr指向的空間，不改變指針值；不能重復釋放或釋放非動態內存 |
7.2 內存管理規則
? ? ? ? 1、動態內存必須手動釋放，否則導致內存泄漏（程序運行中內存占用持續增長）。
? ? ? ? 2、釋放后指針需置空（p = NULL;），避免成為野指針。
? ? ? ? 3、申請內存后必須檢查返回值是否為NULL（防止內存不足導致崩潰）：
int *p = (int*)malloc(10*sizeof(int));
if (p == NULL) { /* 內存申請失敗處理 */ }
? ? ? ? 4、避免 “內存碎片”：頻繁申請和釋放小塊內存會導致內存碎片，可通過內存池優化。
8? 指向函數的指針與指針函數
| 類型 | 定義 | 特點 |
|---|---|---|
| 指針函數 | 返回指針的函數（類型* 函數名(參數)） | 不可返回局部變量地址，可返回動態內存、全局變量地址 |
| 函數指針 | 指向函數的指針（返回類型 (*指針名)(參數列表)） | 需匹配函數返回類型、參數類型和個數，用于回調函數（如qsort比較器） |
8.1 指針函數
? ? ? ? 1、定義：返回值為指針的函數，格式為類型 *函數名(參數列表)。
? ? ? ? 2、注意：不能返回局部變量的地址（局部變量在函數結束后釋放，返回后成為野指針），可返回動態分配內存、全局變量或靜態變量的地址。
? ? ? ? 3、示例：
int *createArray(int n)
{int *arr = (int*)malloc(n*sizeof(int));return arr; // 返回動態內存地址，需外部釋放
}
8.2 函數指針
? ? ? ? 1、定義：指向函數的指針，格式為返回類型 (*指針名)(參數類型列表)，需嚴格匹配函數的返回類型、參數類型和個數。
? ? ? ? 2、函數名本質是函數入口地址，可直接賦值給函數指針（無需&）。
? ? ? ? 3、應用：實現回調函數（如排序函數qsort的比較器）、函數接口封裝，降低模塊耦合性。
? ? ? ? 4、示例：
int add(int a, int b)
{return a + b;
}
int (*funcPtr)(int, int) = add; // 函數指針指向add
int result = funcPtr(3, 4); // 調用函數，結果為7
9? 指針與數組的關系
9.1數組名的特殊性
? ? ? ? 1、數組名是指向首元素的指針常量（不可修改指向），如int a[5]; a等價于&a[0]，類型為int *。
? ? ? ? 2、例外情況：
????sizeof(數組名)：獲得數組總字節數（如int a[5]; sizeof(a) = 20）。
????&數組名：類型為指向整個數組的指針（如int (*)[5]），偏移量為整個數組大小。
? ? ? ? ? ? ? ?數組名作為sizeof參數或取地址時，不退化為首元素指針。
9.2 數組作為函數參數
? ? ? ? 1、三種傳遞形式等價：int fun(int a[5]);、int fun(int a[]);、int fun(int *a);，函數內均按指針處理，丟失數組長度信息。
? ? ? ? 2、必須顯式傳遞數組長度：int fun(int *a, int len)，避免越界訪問。
9.3 字符數組與字符串
? ? ? ? 1、字符串本質是'\0'結尾的字符數組，傳參時可直接傳遞數組名（即char *指針）。
? ? ? ? 2、遍歷字符串：while (*p != '\0') { printf("%c", *p++); }。
? ? ? ? 3、字符串常量存儲在只讀區，不能通過指針修改（如char *p = "hello"; *p = 'H';會崩潰）。
10? const 指針
10.1 三種形式及特性
| 定義 | 含義 | 指針值是否可改 | 指向空間是否可改 | 必須初始化 |
|---|---|---|---|---|
const int *p;?或?int const *p; | const 修飾*p | 是 | 否 | 否 |
int *const p; | const 修飾p | 否 | 是 | 是 |
const int *const p;?或?int const *const p; | const 修飾p和*p | 否 | 否 | 是 |
10.2 應用場景
? ? 1、const int *p：保護指向的數據不被修改（如函數參數傳遞只讀數據）。
? ? 2、int *const p：確保指針始終指向同一變量（如硬件寄存器地址）。
? ? 3、const int *const p：既固定指針指向，又保護數據（如常量配置參數）。
11? 指針數組與數組指針
11.1 概念區分
| 類型 | 本質 | 定義形式 | 內存占用（64 位） | 示例 |
|---|---|---|---|---|
| 指針數組 | 數組，元素為指針 | int *a[5]; | 5×8=40 字節 | char *strs[] = {"apple", "banana"}; |
| 數組指針 | 指針，指向數組 | int (*a)[5]; | 8 字節 | int (*p)[3] = &arr;（arr為int[3]數組） |
11.2數組指針與二維數組
? ? ? ? 1、二維數組名是指向第一行的數組指針，類型為int (*)[列數]，如int a[2][3];中a的類型為int (*)[3]。
? ? ? ? 2、訪問元素的方式：a[i][j]、*(a[i] + j)、*(*(a + i) + j)、(*(a + i))[j]。
? ? ? ? 3、遍歷二維數組：
int a[2][3] = {{1,2,3}, {4,5,6}};
int (*p)[3] = a; // p指向第一行
for (int i=0; i<2; i++)
{for (int j=0; j<3; j++) {printf("%d ", *(*(p+i) + j));}
}
12? 二級指針
12.1 定義與本質
? ? ? ? 1、二級指針是指向一級指針變量的指針，格式為類型 **p，64 位系統中占 8 字節，用于存儲一級指針的地址。
? ? ? ? 2、示例：int a=10; int *p=&a; int **q=&p;中q是二級指針，*q等價于p，**q等價于a。
12.2 使用場景
? ? ? ? 1、函數內部修改外部指針的指向：
void allocMemory(int **p, int size)
{*p = (int*)malloc(size); // 修改外部指針p的指向
}
int *arr;
allocMemory(&arr, 10*sizeof(int)); // 傳遞一級指針的地址
? ? ? ? 2、指針數組傳參：指針數組的數組名是二級指針，如char *strs[] = {"a", "b"};傳參時類型為char **。
? ? ? ? 3、動態二維數組：int **arr = (int**)malloc(3*sizeof(int*));用于創建行長度可變的二維數組。
13? 指針作為函數參數
13.1 傳遞方式對比
| 傳遞方式 | 特點 | 適用場景 |
|---|---|---|
| 值傳遞 | 形參是實參的副本，修改形參不影響實參 | 函數僅使用參數值，不修改原變量 |
| 地址傳遞（一級指針） | 形參指向實參地址，可修改實參的值 | 函數需修改原變量的值（如交換兩個變量） |
| 二級指針傳遞 | 形參指向一級指針的地址，可修改一級指針的指向 | 函數需為外部指針分配內存或改變其指向 |
13.2典型應用：交換兩個變量
void swap(int *a, int *b)
{int temp = *a;*a = *b;*b = temp;
}
int x=1, y=2;
swap(&x, &y); // 調用后x=2, y=1
14? 學習總結
1、野指針操作：對未初始化、已釋放或越界的指針解引用，導致程序崩潰或數據損壞。
解決：初始化指針為NULL，釋放后立即置空，避免越界。
2、類型不匹配：用char*指針訪問int變量（如char *p = (char*)&a;）可能導致數據截斷或解析錯誤。
解決：嚴格保證指針類型與指向數據類型一致。
3、內存泄漏：動態分配的內存未釋放，長期運行導致系統內存耗盡。
解決：遵循 “誰申請誰釋放” 原則，使用智能指針（C++）或內存池管理。
4、重復釋放內存：對同一指針多次調用free，導致內存管理混亂。
????????解決：釋放后立即置空，釋放前檢查是否為NULL。
5、字符串函數使用錯誤：
? ? ? ? （1）使用strcpy時目標空間不足，導致緩沖區溢出（如char dest[3]; strcpy(dest, "hello");）。
解決：使用strncpy限制復制長度，或確保目標空間足夠。
? ? ? ? （2）對非'\0'結尾的字符序列使用strlen，導致遍歷越界（如未初始化的字符數組）。
解決：確保字符串以'\0'結尾，或手動指定長度。
6、const 指針違規操作：對const int *p嘗試修改指向空間的值（*p = 5），編譯報錯。
解決：明確const修飾的對象，避免違規修改。
7、混淆指針數組與數組指針：錯誤定義（如int (*a)[5]寫成int *a[5]）導致內存訪問錯誤。
解決：記住優先級：[]高于*，數組指針需加括號。
8、返回局部變量地址：函數返回棧上變量的地址（如int *func() { int a=1; return &a; }），返回后地址失效。
解決：返回全局變量、靜態變量或動態分配內存的地址。
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