C 语言深入理解指针

一、指针基础与内存地址

1. 内存与地址

内存被划分为一个个字节单元，每个单元都有唯一编号（地址），也称指针。计算机通过地址总线实现对内存的编址，32 位机器有 32 根地址总线，可表示 2³² 个地址（4GB 空间），64 位机器则支持更大内存空间。

• 单位换算：1 字节（byte）= 8 比特（bit），1KB=1024B，1MB=1024KB，以此类推。
• 地址表示：通常以十六进制形式呈现（如0x006FFD70）。

2. 指针变量

• 定义与初始化：指针变量用于存储地址，格式为类型* 变量名。例如：

  int a = 10;
  int* pa = &a; // pa存储a的地址
  

• 解引用操作：通过*操作符访问指针指向的变量：

  *pa = 20; // 等价于a = 20
  

• 大小：指针变量大小与类型无关，32 位平台占 4 字节，64 位平台占 8 字节。

二、指针类型与 const 修饰

1. 指针类型的意义

• 解引用权限：char*指针解引用访问 1 字节，int*访问 4 字节。

  int n = 0x11223344;
  char* pc = (char*)&n;
  *pc = 0; // 仅修改n的第一个字节
  

• 指针 ± 整数：步长由类型决定。char*+1 跳过 1 字节，int*+1 跳过 4 字节。

2. const 修饰指针

• const 在 * 左：限制指针指向的内容不可修改，但指针本身可改。

  const int* p; // *p不可改，p可改
  

• const 在 * 右：限制指针本身不可修改，但指向的内容可改。

  int* const p; // p不可改，*p可改
  

• const 在 * 两侧：指针及其指向的内容均不可改。

  const int* const p; // 均不可改
  

三、数组与指针

1. 数组名的特殊性

• 数组名通常表示首元素地址，但有两个例外：
  • sizeof(数组名)：计算整个数组大小。
  • &数组名：取出整个数组的地址。

  int arr[10];
  printf("%p\n", arr);       // 首元素地址
  printf("%p\n", &arr);      // 数组地址（与首元素地址值相同但意义不同）
  printf("%zd\n", sizeof(arr)); // 40（10*4字节）
  

2. 指针访问数组

• 数组元素arr[i]等价于*(arr+i)，指针p[i]等价于*(p+i)。

  int arr[5] = {1,2,3,4,5};
  int* p = arr;
  for(int i=0; i<5; i++) {
      printf("%d ", *(p+i)); // 打印1 2 3 4 5
  }
  

3. 数组传参本质

• 数组传参实际传递首元素地址，形参可写成数组或指针形式。

  void test(int arr[]) {} // 等价于int* arr
  void test(int* arr) {}
  

四、多级指针与指针数组

1. 二级指针

• 指向指针的指针，用于存储指针变量的地址。

  int a = 10;
  int* pa = &a;
  int** ppa = &pa; // 二级指针
  **ppa = 20; // 等价于a = 20
  

2. 指针数组

• 存放指针的数组，可模拟二维数组。

  int arr1[] = {1,2,3};
  int arr2[] = {4,5,6};
  int* parr[] = {arr1, arr2}; // 指针数组
  printf("%d\n", parr[0][1]); // 2
  

五、函数指针与回调函数

1. 函数指针

• 存储函数地址的指针，格式为返回类型(*指针名)(参数类型)。

  int Add(int x, int y) { return x+y; }
  int(*pf)(int, int) = Add;
  printf("%d\n", pf(2,3)); // 5
  

2. 函数指针数组

• 存放函数指针的数组，用于实现转移表（如计算器）。

  int(*p[])(int,int) = {0, add, sub, mul, div}; // 转移表
  

3. 回调函数

• 通过函数指针调用的函数，由其他函数间接调用。

  void calc(int(*pf)(int,int)) {
      int x,y;
      scanf("%d%d", &x, &y);
      printf("%d\n", pf(x,y));
  }
  calc(add); // 调用add函数
  

六、qsort 函数与指针应用

1. qsort 使用

• 标准库中的快速排序函数，支持任意类型排序，需自定义比较函数。

  #include 
  int int_cmp(const void* p1, const void* p2) {
      return *(int*)p1 - *(int*)p2;
  }
  int main() {
      int arr[] = {3,1,5,2};
      qsort(arr, 4, sizeof(int), int_cmp);
      return 0;
  }
  

2. 模拟实现 qsort（冒泡排序版）

• 利用void*指针和回调函数实现通用排序。

  void swap(void* p1, void* p2, int size) {
      for(int i=0; i

七、sizeof 与 strlen 对比及笔试题

1. 关键区别

sizeof	strlen
操作符，计算内存大小（字节）	库函数，计算字符串长度（\0 前字符数）
不关注内容	需找到 \0，可能越界

2. 典型笔试题解析

• 一维数组：

  int a[] = {1,2,3,4};
  printf("%zd\n", sizeof(a)); // 16（整个数组大小）
  printf("%zd\n", sizeof(a+0)); // 4/8（首元素地址大小）
  

• 字符数组：

  c

  char arr[] = "abc";
  printf("%zd\n", sizeof(arr)); // 4（含\0）
  printf("%d\n", strlen(arr));  // 3（不含\0）
  

• 二维数组：

  int a[3][4];
  printf("%zd\n", sizeof(a[0])); // 16（第一行大小）
  printf("%zd\n", sizeof(a+1)); // 4/8（第二行地址大小）
  

八、面试考察要点

1. 指针本质：地址的表示与存储，指针变量大小与平台的关系。
2. 数组与指针：数组名的特殊性，指针访问数组的原理，数组传参本质。
3. 指针类型：类型对解引用和步长的影响，const 修饰的不同效果。
4. 函数指针：定义与使用，回调函数的应用（如 qsort）。
5. 笔试题常见陷阱：sizeof 与 strlen 的区别，指针运算的边界情况，二维数组的指针访问。

指针是 C 语言的核心难点，掌握指针需结合内存模型和实际代码调试，多练习数组、函数与指针的综合应用场景（如排序、字符串处理）。