【C语言】指针超详细讲解（超级详细！！！快来看快来看！！！）

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初阶指针

一、指针的概念

  • 指针？？是？？
  1. 指针是内存中一个最小单元的编号，也就是地址
  2. 平时口语中说的指针，通常指的是指针变量，是用来存放内存地址的变量

所以说:指针就是地址，人们口中的指针变量也是指针。

  • 指针变量？？是？？

我们可以通过&(取地址操作符）取出变量的内存与实地址，把地址可以存放到一个变量中，这个变量就是指针变量。

int main()
{
	int c = 520;    //将520赋给c
	int* ch = &c;	//将整形c的地址取出来放在ch中

	printf("%p", ch);
	return 0;
}
  • 指针变量的大小？？是？？

指针的大小在32位平台是4个字节，在64位平台是8个字节。

二、指针和指针类型

1. 为什么指针有多种类型？？

  • 变量有多种类型，那么指针也会也有多种类型吧？？

是的，不同类型的变量的地址就应该放在对应的指针变量中。

int main()
{
	int a = 0;
	int* pa = &a;

	double b = 0;
	double* pb = &pb;

	char c = 'w';
	char* pc = &c;
	return 0;
}

2. 指针±整数的意义是什么？？

  • 明明都是地址，为什么要区分是什么类型的呢？？

那是因为不同类型的指针±整数所跳过的字节数不同。

int main()
{
	int a = 0;
	int* pa = &a;
	printf("%p %pn", pa, pa + 1);

	double b = 0;
	double* pb = &pb;
	printf("%p %pn", pb, pb + 1);

	char c = 'w';
	char* pc = &c;
	printf("%p %pn", pc, pc + 1);

	return 0;
}

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从上图中我们可以看出：
int*类型的指针 + 1 是跳过四个字节
double*类型的指针 + 1 是跳过八个字节
char*类型的指针 + 1 是跳过一个字节
诶，看着很眼熟？？
int 类型变量的大小是 四个字节？
double类型变量的大小是八个字节？
char类型变量的大小是一个字节？
难道？难道？没错！！！就是你猜想的那样…
指针±整数对应的是指针向前/向后移动的大小（指针指向变量类型大小 * 整数）

3. 指针±指针有什么意义？？

  • 指针加整数有意义，那么指针 + - 指针呢？？也有意义吗？？

你猜对了！！一半 ！！
指针 + 指针是没有意义的，但是指针 - 指针是有意义的哟！！
指针 - 指针的结果是两个指针之间所隔的元素个数，这种操作通常用于计算数组中两个元素之间的距离。

4. 得到了变量的地址有什么用呢？？（指针解引用）

指针的作用就是通过地址取访问指针指向的变量。
指针的类型决定了指针解引用能够访问的字节数。
例如上面的int*类型的指针，解引用能访问四个字节，double*类型的指针可以访问八个字节，char*类型的指针能够访问一个字节

三、野指针

1. 野指针是什么？？

野指针是指指向未知内存位置或者已经释放内存的指针。

2. 什么情况会造成野指针？？

引用未初始化的指针、访问已释放内存、数组边界越界等行为都可能导致野指针。

  • 解引用未初始化的指针
int main()
{
	int* pa = NULL;
	printf("%d", *pa);
	return 0;
}
  • 数组的越界访问
int main()
{
	char ch[4] = "Love";
	for (int i = 0; i <= 4; i++)
	{
		printf("%c ", ch[i]);
	}
	return 0;
}

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  • 使用已经释放的指针
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
	//动态申请4个char类型大小的空间
	char* ch = (char*)malloc(sizeof(char) * 4);
	if (ch == NULL)
	{
		return 0;
	}
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		ch[i] = 'a' + i;
	}
	
	//申请来的ch释放，内存还给操作系统
	//这时候访问ch中的元素就会造成野指针，打印出随机值
	free(ch);
	printf("%c", ch[0]);
	return 0;
}

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3. 如何能够防止野指针的出现？？

  1. 指针初始化
  2. 小心指针越界
  3. 指针指向空间释放，及时置NULL
  4. 避免返回局部变量的地址
  5. 指针使用之前检查有效性

四、指针和数组

首先先展示一下指针和数组的例子

int main()
{
	int arr[] = { 5 , 2 , 0 };
	int* pa = &arr[0];
	printf("%pn", arr);
	printf("%pn", pa);

	return 0;
}

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从上面的结果中我们可以发现：
arr是数组名，pa是首元素的地址，而两者却相等。
结论：数组名大多数情况都是首元素地址。
例外：（数组的地址和数组首元素的地址的区别后面会讲）

  • sizeof(数组名),这里的数组名是数组的地址
  • &(数组名)，这里的数组名也是数组的地址

那么指针(首元素地址)±整数与&数组名[下标]有什么关系呢？？

int main()
{
	int arr[] = { 1 , 3 , 1 , 4 , 5 , 2 , 0 };
	int* pa = &arr[0];
	for (int i = 0; i < 7; i++)
	{
		printf("&arr[%d]: %p   <--->   pa + %d: %pn", i, &arr[i], i, pa + i);
	}

	return 0;
}

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从上面的图中我们可以得出：指针(首元素地址)±整数与&数组名[下标]是相同的。

那么能用下标遍历数组，能用指针(地址)±整数遍历吗？？

int main()
{
	int arr[] = { 1 , 3 , 1 , 4 , 5 , 2 , 0 };
	int* pa = &arr[0];
	for (int i = 0; i < 7; i++)
	{
		printf("arr[%d]: %d   <--->   *(pa + %d): %dn", i, arr[i], i, *(pa + i));
	}

	return 0;
}

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从上图中可以得知：下标和指针(地址)±整数都能够遍历数组。

我们又知道pa是首元素地址，数组名也是首元素地址，那么数组名±整数能遍历数组吗？？

int main()
{
	int arr[] = { 1 , 3 , 1 , 4 , 5 , 2 , 0 };
	int* pa = &arr[0];
	for (int i = 0; i < 7; i++)
	{
		printf("arr[%d]: %d   <--->   *(arr + %d): %dn", i, arr[i], i, *(arr + i));
	}

	return 0;
}

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从上图中可以得出：下标和数组名±整数都可以遍历数组。

数组名可以代替首元素地址，那么首元素地址能够代替数组名吗？？

int main()
{
	int arr[] = { 1 , 3 , 1 , 4 , 5 , 2 , 0 };
	int* pa = &arr[0];
	for (int i = 0; i < 7; i++)
	{
		printf("pa[%d]: %d  <--->   *(pa + %d): %dn", i, pa[i], i, *(pa + i));
	}

	return 0;
}

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从上图中我们可以得出：数组首元素地址可以代替数组名。

结论：（我们可以通过指针直接访问数组）

  • 指针(首元素地址)+-整数与&数组名[下标]是相同的。
  • 下标和指针(首元素地址)+-整数都能够遍历数组。
  • 下标和数组名+-整数都可以遍历数组。
  • 数组首元素地址可以代替数组名。
  • arr[i] = *(arr + i) = *(pa + i) = pa[i]

五、二级指针

变量有地址，指针变量也是变量，那么指针变量也有地址吗？？

当然，指针变量也有地址，而存储指针的变量叫做二级指针。

int main()
{
	int arr[] = { 1 , 3 , 1 , 4 , 5 , 2 , 0 };
	int* pa = &arr[0];
	int** ppa = &pa;
	printf("ppa : %pn", ppa);
	printf(" pa : %pn", pa);
	printf("*ppa: %pn", *ppa);

	return 0;
}

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二级指针存储的是一级指针的地址，而指针解引用可以找到被指针指向的变量，那么这里二级指针解引用也可以找到一级指针。

进阶指针

一、字符指针

对于字符指针我们常见的使用方法是先创建一个字符变量，再创建一个字符指针变量，将字符变量的的地址赋给字符指针变量。

int main()
{
	char c = 'v';
	char* ch = &c;

	printf("%p", ch);
	return 0;
}

另一种使用方法则是创建一个字符指针变量，将字符串的首元素地址赋给他。
注意：这里是将字符串中的首元素地址存在 ch 中，而非字符串的地址。

int main()
{
	char* ch = "chineseperson04";

	printf("%p", ch);
	return 0;
}

二、指针数组

1. 指针数组的定义

指针数组是一种存储指针的数组。

int main()
{
	int arr1[] = { 5 , 2 , 1 , 1 , 3 , 1 , 4 };
	int arr2[] = { 5 , 2 , 0 , 1 , 3 , 1 , 4 };
	int arr3[] = { 9 , 4 , 2 , 0 , 0 , 0 , 0 };
	int* arr[] = { arr1 , arr2 , arr3 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		printf("%pn", arr[i]);
	}
	return 0;
}

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2. 指针数组的使用

指针数组是存储一级指针的数组，而一级指针指向的是数组，有没有发现指针数组的使用与二维数组很想，但两者却不能看成一个东西。

int main()
{
	int arr1[] = { 5 , 2 , 1 , 1 , 3 , 1 , 4 };
	int arr2[] = { 5 , 2 , 0 , 1 , 3 , 1 , 4 };
	int arr3[] = { 9 , 4 , 2 , 0 , 0 , 0 , 0 };
	int* arr[] = { arr1 , arr2 , arr3 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		for (int j = 0; j < 7; j++)
		{
			printf("%d ", arr[i][j]);
		}
		printf("n");
	}
	return 0;
}

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三、数组指针

1. 如何定义数组指针？？

数组指针是用来存放数组地址的指针。
数组指针变量如何定义：（假设这里的指针变量是 p ，数组存放的 int 类型的变量）
首先它是指针那么就不能与[ ]先结合----（*p）
其次它指向的内容是数组 ---- (*p)[ ] ----[ ]中为数组的元素个数
最后它指向数组存储变量的类型为什么 ---- int（*p）[]

int main()
{
	int arr[10] = { 0 , 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
	int(*p)[10] = &arr;
	printf("%p", p);
	return 0;
}

2. 数组的地址和数组首元素的地址的区别

区别：（ &arr 与 arr ）
那么取出数组的地址和数组首元素的地址有什么区别呢？？
这里我们用代码测试一下！！

int main()
{
	int arr[10] = { 0 , 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };

	printf("%pn", &arr);       //取出数组的数组
	printf("%pn", arr);        //取出数组首元素的地址
	printf("%pn", &arr[0]);    //取出数组首元素的地址
	return 0;
}

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这里取出数组的地址和数组首元素的地址好像没什么区别，那么它们就是一样的吗？？
这里我们进入下一个测试环节，让它们取出来的地址 +1 试试。

int main()
{
	int arr[10] = { 0 , 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };

	printf("%pn", &arr);       //取出数组的数组
	printf("%pn", arr);        //取出数组首元素的地址
	printf("%pn", &arr[0]);    //取出数组首元素的地址
	printf("n");
	printf("%pn", &arr + 1);       
	printf("%pn", arr + 1);        
	printf("%pn", &arr[0] + 1);    

	return 0;
}

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诶？这里 +1 得到的地址不同，分析一下。
（1）数组首元素地址 +1 ：这里的地址在十六进制的状态下，相比之下地址的大小增加了 4 ，十进制下也是 4 ，数组储存变量是 int 内存大小也是 4 个字节 ，这里我们可以得到数组首元素地址 +1 ，也就是跳过了一个变量大小的字节数。
（2）数组地址 +1 ：这里的地址在十六进制的状态下，相比之下地址的大小增加了 28 ，十进制下就是 40 ，数组储存变量是 int 内存大小也是 4 个字节并且数组元素个数是 10 个元素 ，这里我们可以得到数组首元素地址 +1 ，也就是跳过了一个数组大小的字节数。

结论：

  • 数组首元素地址 +1 ，跳过一个变量的大小。
  • 数组地址 +1 ， 跳过一个数组的大小

四、函数指针

1. 函数指针的定义

函数指针是一种指向函数的指针变量，它存储着函数的地址。函数指针的类型由函数的返回值类型和参数类型组成，可以用以下语法定义：

返回值类型(*指针变量名)(变量列表)

这里写一个例子：

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int (*pf)(int, int) = &Add;
	int a = 10, b = 30;
	int c = 0;
	c = (*pf)(a, b);
	printf("%d", c);
	return 0;
}

2. &(函数名) vs（函数名）

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int (*pf)(int, int) = &Add;

	printf("%pn", &Add);
	printf("%pn", Add);
	return 0;
}

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这里我们得到 &(函数名) vs （函数名） 是一样的。
那么这里就可以进行下面的推理：

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int main()
{
	int (*pf)(int, int) = &Add;
	int a = 10, b = 30;
	int add1 = 0 , add2 = 0;
	int add3 = 0,  add4 = 0;

	//add1 通过函数名掉用函数
	add1 = Add(a, b);
	printf("%dn", add1);

	//add2 通过函数指针存储函数的地址，再解引用找到函数，调用函数
	add2 = (*pf)(a, b);
	printf("%dn", add2);

	//由于上面得到 (&Add) 与 Add 相同
	//那么这里 ( pf 对应 &Add ) 与 (  (*pf) 对应 ADD   )
	//所以这里可以得到这里的 * 是没有用的，下面的测试也证明了这一点
	add3 = pf(a, b);
	printf("%dn", add3);

	add4 = (******pf)(a, b);
	printf("%dn", add4);

}

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五、函数指针数组

1. 函数指针数组的定义

函数指针数组是一个数组用来存储函数指针的。
如何定义一个函数指针数组：假设数组存储的是 int (*)(int ,int)
首先是一个数组：那么就要先于[]结合 ---- pf[]
然后数组存储的是函数指针：int（*pf[])(int ,int) ----方块中的是元素个数

2. 函数指针数组的使用

这里使用函数指针数组完成一个简易版的计算器。

int add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}

int mul(int x, int y)
{
	return x * y;
}

int div(int x, int y)
{
	return x / y;
}

calculate(int (*pf)(int, int))
{
	int x = 0, y = 0;
	printf("请输入两个操作数n");
	scanf("%d%d", &x, &y);
	printf("%dn", pf(x, y));
}

int main()
{
	int (*pf[4])(int, int) = { add , sub , mul , div };
	int option = 0;
	while (1)
	{
		printf("*************************n");
		printf("****  1:add    2:sub ****n");
		printf("****  3:mul    4:div ****n");
		printf("*************************n");
		printf("请选择:>");
		scanf("%d", &option);
		switch (option)
		{
		case 1:
			calculate(add);
		case 2:
			calculate(sub);
		case 3:
			calculate(mul);
		case 4:
			calculate(div);
		default :
			printf("输入错误，请重新选择n");
		}
	}
	return 0;
}

六、指向函数指针数组的指针

函数指针数组的指针的定义

如何定义一个函数指针数组的指针：假设数组存储的是 int (*)(int ,int)
首先是一个指针：那么就要先于*结合 ---- (*pf)
然后指针指向的是函数指针数组：(*pf)[]----方块中的是元素个数
最后数组存储的元素类型是：int（*(*pf)[])(int ,int) ----方块中的是元素个数

int add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

int sub(int x, int y)
{
	return x - y;
}

int mul(int x, int y)
{
	return x * y;
}

int div(int x, int y)
{
	return x / y;
}

int main()
{
	int (*pf[4])(int, int) = { add , sub , mul , div };
	int	(*(*ppf)[4])(int, int) = &pf;
	return 0;
}

七、回调函数

1. 回调函数的定义

回调函数是一种函数，它作为参数传递给另一个函数，并且在其它函数执行完特定操作后被调用。

2. 回调函数的使用

这里使用回调函数实现 qsort() 函数的模拟(原理不同，这里使用冒泡排序的底层原理)

void Bubble_sort(void* base , size_t num , size_t width, 
	int (*Cmp)(const void * p1 , const void* p2))       //这里函数返回值类型需要按需求改
{
	
	size_t i = 0;
	for (i = 0; i < num - 1; i++)
	{
		for (size_t j = 0; j < num - i - 1; j++)
		{
			if (Cmp((char*)base + j * width , (char*)base + (j + 1) * width)  > 0 )
			{
				Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width , width);
			}
		}

	}
}

结尾

如果有什么建议和疑问，或是有什么错误，大家可以在评论区中提出。
希望大家以后也能和我一起进步！！??
如果这篇文章对你有用的话，希望大家给一个三连支持一下！！??
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