C: 指针基础

指针就像门牌号——它本身不是房子，但通过门牌号你能精确找到那栋房子。掌握了地址，你就掌握了C语言最强大的力量。

1. 什么是指针

内存中每个字节都有唯一的编号，称为地址。指针变量就是专门存储地址的变量。

int x = 42;
int *p = &x;

• x是整型变量，值为42
• &x是x在内存中的地址
• p是指针变量，存储了x的地址
• *p通过地址访问x的值，即42

指针本身也占内存。在32位系统上指针占4字节，64位系统占8字节，与指向的类型无关。

2. 取地址运算符 &

&用于获取变量的地址：

int a = 10;
printf("a的值: %d\n", a);
printf("a的地址: %p\n", (void *)&a);

%p格式说明符用于打印地址，参数需要转换为void *。

可以取哪些东西的地址：

• 变量：&x
• 数组元素：&arr[3]
• 结构体成员：&s.age

不能取的东西：

• 字面量：&10（非法）
• 寄存器变量：&r（如果r是register）
• 表达式结果：&(a+b)（非法）

3. 解引用运算符 *

*用于通过指针访问其指向的数据：

int x = 42;
int *p = &x;

printf("%d\n", *p);
*p = 100;
printf("%d\n", x);

第一次输出42，第二次输出100。*p = 100通过指针修改了x的值。

解引用未初始化的指针是严重错误：

int *p;
*p = 10;

p的值是随机的，写入随机地址可能破坏其他数据或直接崩溃。

4. NULL指针

NULL是特殊的指针值，表示"不指向任何地方"。定义在<stddef.h>等多个头文件中，值通常为0。

int *p = NULL;

if (p == NULL) {
    printf("指针未指向有效地址\n");
}

解引用NULL指针会导致段错误（segmentation fault），程序崩溃。因此在使用指针前应检查是否为NULL：

void safe_print(int *p) {
    if (p != NULL) {
        printf("%d\n", *p);
    }
}

5. 指针类型与步长

指针类型决定了解引用时读取多少字节，以及指针加减运算时移动多少字节（步长）。

int a = 10;
double b = 3.14;

int *pi = &a;
double *pd = &b;

• *pi读取4字节（int大小），*pd读取8字节（double大小）
• pi+1移动4字节到下一个int位置，pd+1移动8字节到下一个double位置

指针步长等于指向类型的大小：

int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};
int *p = arr;

printf("%d\n", *p);
printf("%d\n", *(p + 1));
printf("%d\n", *(p + 3));

输出10、20、40。p+1不是地址值加1，而是加了sizeof(int)即4字节，指向下一个int元素。

指针差值的结果也是以元素个数为单位：

int *q = &arr[4];
printf("%ld\n", (long)(q - p));

输出4，表示两个指针之间隔了4个int元素。

▶ 示例

通过指针交换两个变量的值：

#include <stdio.h>

void swap(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

int main(void) {
    int x = 10, y = 20;
    printf("交换前: x=%d, y=%d\n", x, y);
    swap(&x, &y);
    printf("交换后: x=%d, y=%d\n", x, y);
    return 0;
}

交换前: x=10, y=20
交换后: x=20, y=10

这里传递地址给函数，函数通过解引用修改了原始变量。这就是"模拟引用传递"的经典手法——函数参数是int *指针，调用时传&x。

6. 指针与const

const与指针组合有两种含义：

(1) 指向常量的指针

const int *p = &x;
*p = 20;

非法。不能通过p修改指向的数据，但p本身可以指向别的变量：

p = &y;

合法。

(2) 指针常量

int * const p = &x;
p = &y;

非法。p不能改变指向，但可以通过p修改数据：

*p = 20;

合法。

记忆技巧：const在*左边修饰数据，在*右边修饰指针本身。

▶ 示例

用指针遍历数组求和：

#include <stdio.h>

int array_sum(const int *arr, int len) {
    int sum = 0;
    const int *end = arr + len;
    while (arr < end) {
        sum += *arr;
        arr++;
    }
    return sum;
}

int main(void) {
    int data[] = {3, 7, 1, 9, 5};
    int total = array_sum(data, 5);
    printf("总和: %d\n", total);
    return 0;
}

总和: 25

参数const int *arr表示函数不会修改数组内容。用指针end标记终止位置，避免使用下标。

❓ 常见问题

📖 小节

• 指针存储地址，&取地址，*解引用取值
• 未初始化指针是野指针，务必初始化为NULL
• 指针类型决定步长和解引用读取的字节数
• 传递指针给函数可以修改调用者的变量
• const修饰指针有两种位置：修饰数据或修饰指针本身

📝 作业

1. 编写函数void divide(int a, int b, int *quotient, int *remainder)，通过指针参数返回商和余数。
2. 编写程序，定义int变量和double变量，分别用int *和double *指向它们，打印地址和值，观察步长差异。
3. 编写函数int *find_max(int *arr, int len)，返回数组中最大元素的指针。

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