《C語言指針講解》課件

C語言指針講解本課程將深入講解C語言中指針的概念、使用方法以及常見應(yīng)用場景，幫助您掌握指針的核心知識，為學習更高級的編程技能奠定堅實基礎(chǔ)。課程目標與內(nèi)容概述課程目標深入理解指針的概念與作用熟練掌握指針的使用技巧能夠獨立完成指針相關(guān)的編程任務(wù)課程內(nèi)容指針的基本概念指針與數(shù)組的關(guān)系函數(shù)指針動態(tài)內(nèi)存分配指針與const多重指針指針在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用指針在操作系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用為什么需要指針？1訪問內(nèi)存地址2高效管理內(nèi)存3實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4提升代碼靈活性和效率指針的基本概念：地址、變量、指針變量地址每個內(nèi)存單元都有一個唯一的地址，用來標識內(nèi)存中的位置。變量變量是程序中用于存儲數(shù)據(jù)的命名區(qū)域，每個變量都占用一段特定的內(nèi)存空間。指針變量指針變量是專門用來存儲內(nèi)存地址的變量，它指向內(nèi)存中的某個位置。內(nèi)存地址的理解計算機內(nèi)存由許多連續(xù)的內(nèi)存單元組成，每個單元都有一個唯一的地址。地址通常用十六進制表示，例如0x1000,0x2000等。變量在內(nèi)存中的存儲方式當我們在程序中聲明一個變量時，編譯器會為它分配一段內(nèi)存空間，并將變量名與分配的內(nèi)存地址關(guān)聯(lián)起來。例如，聲明一個整型變量intnum=10;，編譯器會在內(nèi)存中分配一個整型大小的空間，并把變量名num與這個空間的地址關(guān)聯(lián)起來。指針變量的聲明與初始化聲明聲明指針變量時，需要在數(shù)據(jù)類型前加一個星號(*)。例如：int*ptr;這行代碼聲明了一個名為ptr的指針變量，它可以指向一個整型變量。初始化在聲明指針變量的同時，我們可以進行初始化，將其指向一個具體的地址。例如：intnum=10;int*ptr=#這行代碼聲明了一個指向num的指針變量ptr。指針變量的數(shù)據(jù)類型指針變量的數(shù)據(jù)類型決定了它可以指向的變量類型。例如，一個指向整型變量的指針變量只能指向整型變量，不能指向其他類型變量。指針變量的類型必須與它指向的變量類型匹配。指針的算術(shù)運算：加法與減法對指針變量進行加法或減法運算，是指改變指針指向的內(nèi)存地址。指針的算術(shù)運算與指針的數(shù)據(jù)類型有關(guān)，加一是指向下一個內(nèi)存單元，減一是指向上一個內(nèi)存單元。通過指針訪問變量的值：解引用為了訪問指針變量指向的內(nèi)存單元中的值，我們需要使用解引用運算符(*),它用來獲取指針變量指向的內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)。例如，*ptr表示訪問指針變量ptr所指向的內(nèi)存單元中的值。指針的簡單應(yīng)用示例：交換兩個變量的值使用指針可以輕松地交換兩個變量的值，因為我們可以在函數(shù)中直接修改指針指向的內(nèi)存單元的值。例如：voidswap(int*a,int*b){inttemp=*a;*a=*b;*b=temp;}指針與數(shù)組的關(guān)系數(shù)組名可以被看作是指向數(shù)組首元素的指針，它指向數(shù)組第一個元素的內(nèi)存地址。例如，聲明一個數(shù)組intarr[5]，則數(shù)組名arr可以看作是指向數(shù)組第一個元素的指針。數(shù)組名作為指針的含義數(shù)組名arr本身是地址常量，它不能被修改，但在一些運算中可以被看作是指向數(shù)組首元素的指針。例如，可以使用arr+1來訪問數(shù)組的第二個元素。通過指針訪問數(shù)組元素可以使用指針來訪問數(shù)組中的元素，將指針指向數(shù)組的起始地址，然后通過指針的算術(shù)運算來訪問數(shù)組中的其他元素。例如，int*ptr=arr;聲明一個指向數(shù)組的指針，然后使用*(ptr+1)來訪問數(shù)組的第二個元素。指針的算術(shù)運算與數(shù)組訪問對指向數(shù)組的指針進行算術(shù)運算，可以實現(xiàn)方便的數(shù)組元素訪問。例如，*(ptr+i)可以訪問數(shù)組的第i+1個元素。指針的算術(shù)運算會根據(jù)指針的數(shù)據(jù)類型自動計算內(nèi)存偏移量，非常方便。多維數(shù)組與指針多維數(shù)組實際上是數(shù)組的數(shù)組，可以通過指針來訪問多維數(shù)組中的元素。例如，一個二維數(shù)組intarr[3][4]，可以看作是一個包含三個元素的數(shù)組，每個元素都是一個指向四元數(shù)組的指針。行指針與列指針在二維數(shù)組中，可以定義指向行的指針和指向列的指針。行指針指向二維數(shù)組中的一行，列指針指向二維數(shù)組中的一列。使用行指針和列指針可以方便地訪問二維數(shù)組中的元素。指向數(shù)組的指針可以使用一個指針變量指向整個數(shù)組，而不是指向數(shù)組的某個元素。這在需要傳遞整個數(shù)組作為參數(shù)時非常有用。例如，int(*ptr)[5]聲明一個指向包含五個元素的整型數(shù)組的指針。指針數(shù)組的概念指針數(shù)組是指一個數(shù)組，它的每個元素都是一個指針。指針數(shù)組可以用來存儲指向不同內(nèi)存位置的指針。例如，int*arr[5]聲明一個包含五個元素的指針數(shù)組，每個元素都可以指向一個整型變量。指針數(shù)組的聲明與初始化聲明指針數(shù)組時，需要在數(shù)據(jù)類型前加一個星號(*)。例如，int*arr[5]聲明一個包含五個元素的指針數(shù)組，每個元素可以指向一個整型變量。inta=10;intb=20;int*arr[5]={&a,&b,&c,&d,&e};初始化時，可以為指針數(shù)組的每個元素賦予指向不同內(nèi)存位置的指針。指針數(shù)組的應(yīng)用：字符串數(shù)組指針數(shù)組可以用來存儲指向字符串的指針，即字符串數(shù)組。例如，char*str[5]聲明一個包含五個元素的指針數(shù)組，每個元素可以指向一個字符串。字符串的存儲方式在C語言中，字符串是以字符數(shù)組的方式存儲的，字符數(shù)組的最后一個元素必須是空字符'\0'，用來標識字符串的結(jié)束。例如，字符串"Hello"存儲在字符數(shù)組charstr[]="Hello"中，實際上存儲的是'H','e','l','l','o','\0'。指針與字符串可以用指針來指向字符串的第一個字符，即字符串的起始地址?？梢允褂弥羔榿碓L問字符串中的字符，并進行字符串操作。字符串操作函數(shù)的實現(xiàn)：strcpy,strlen可以使用指針來實現(xiàn)常用的字符串操作函數(shù)，例如：strcpy()函數(shù)用于將一個字符串復(fù)制到另一個字符串，strlen()函數(shù)用于獲取字符串的長度。char*strcpy(char*dest,constchar*src){char*p=dest;while(*src!='\0'){*dest++=*src++;}*dest='\0';returnp;}intstrlen(constchar*str){intlen=0;while(*str++!='\0'){len++;}returnlen;}函數(shù)指針的概念函數(shù)指針是指向函數(shù)的指針，它存儲的是函數(shù)的地址。通過函數(shù)指針，可以間接調(diào)用函數(shù)，并實現(xiàn)靈活的函數(shù)調(diào)用方式。函數(shù)指針的聲明與使用聲明函數(shù)指針時，需要指定函數(shù)的返回值類型和參數(shù)列表。例如，聲明一個指向返回整型值的函數(shù)指針，該函數(shù)接收兩個整型參數(shù)：int(*fptr)(int,int);使用函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)時，需要使用解引用運算符(*)，例如：intresult=(*fptr)(10,20);這行代碼將調(diào)用函數(shù)指針fptr指向的函數(shù)，并傳入?yún)?shù)10和20，將返回值存儲在變量result中。函數(shù)指針的應(yīng)用：回調(diào)函數(shù)回調(diào)函數(shù)是指將一個函數(shù)作為參數(shù)傳遞給另一個函數(shù)，然后在另一個函數(shù)內(nèi)部調(diào)用這個函數(shù)?；卣{(diào)函數(shù)可以使程序更加靈活，例如，可以使用回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)不同的排序算法、不同的事件處理方式等?；卣{(diào)函數(shù)的示例：排序算法可以使用回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)不同的排序算法，例如，定義一個排序函數(shù)，它接收一個指向排序函數(shù)的指針，并根據(jù)指針指向的排序函數(shù)來進行排序。例如：voidsort(int*arr,intn,int(*cmp)(int,int)){//...排序邏輯...}intascending(inta,intb){returna-b;}intdescending(inta,intb){returnb-a;}intmain(){intarr[5]={5,2,8,1,9};sort(arr,5,ascending);//升序排序sort(arr,5,descending);//降序排序}指針作為函數(shù)參數(shù)可以通過指針將變量的地址傳遞給函數(shù)，函數(shù)可以根據(jù)指針訪問并修改變量的值。指針參數(shù)可以有效地解決函數(shù)參數(shù)傳遞時的效率問題，并允許函數(shù)修改外部變量的值。傳遞地址的意義傳遞地址是指將變量的內(nèi)存地址傳遞給函數(shù)，而不是將變量的值傳遞給函數(shù)。這使得函數(shù)能夠直接訪問和修改外部變量的值。傳遞地址是使用指針的重要應(yīng)用之一。指針參數(shù)與值傳遞的比較值傳遞是指將變量的值復(fù)制一份傳遞給函數(shù)，函數(shù)操作的是復(fù)制的值，不會影響原始變量。指針傳遞是指將變量的地址傳遞給函數(shù)，函數(shù)直接操作的是原始變量的值，會影響原始變量。通過指針修改函數(shù)外部變量的值通過指針參數(shù)，函數(shù)可以訪問并修改外部變量的值。例如：voidchangeValue(int*ptr){*ptr=100;}intmain(){intnum=50;changeValue(&num);printf("%d\n",num);//輸出100}函數(shù)changeValue()通過指針參數(shù)ptr修改了外部變量num的值。返回指針的函數(shù)函數(shù)可以返回指針類型的值，返回的指針指向一個內(nèi)存位置?？梢允褂梅祷氐闹羔榿碓L問和修改指向的內(nèi)存單元的值。例如：int*createArray(intn){int*arr=malloc(n*sizeof(int));//...初始化數(shù)組...returnarr;}intmain(){int*arr=createArray(5);//...使用數(shù)組...free(arr);}函數(shù)createArray()返回一個指向動態(tài)分配的數(shù)組的指針。返回指針的注意事項：避免返回局部變量的地址當函數(shù)返回局部變量的地址時，局部變量在函數(shù)結(jié)束時會被銷毀，返回的指針就會指向一個無效的內(nèi)存地址，使用該指針會引發(fā)錯誤。因此，必須確保返回的指針指向的是有效的內(nèi)存地址，例如，指向動態(tài)分配的內(nèi)存或全局變量。動態(tài)內(nèi)存分配動態(tài)內(nèi)存分配是指在程序運行時，根據(jù)需要分配內(nèi)存空間，而不是在編譯時分配固定的內(nèi)存空間。動態(tài)內(nèi)存分配可以使程序更加靈活，更有效地利用內(nèi)存空間。C語言提供了一些函數(shù)來進行動態(tài)內(nèi)存分配。malloc函數(shù)的使用malloc函數(shù)是C語言中常用的動態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)，它接收一個參數(shù)，表示需要分配的內(nèi)存大小，單位是字節(jié)。malloc函數(shù)返回一個指向分配的內(nèi)存塊的指針，如果分配失敗，則返回NULL。int*ptr=(int*)malloc(5*sizeof(int));這行代碼使用malloc函數(shù)分配了足夠存儲五個整型變量的內(nèi)存空間，并返回一個指向該內(nèi)存塊的指針。calloc函數(shù)的使用calloc函數(shù)是C語言中用于分配內(nèi)存并進行初始化的動態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)。它接收兩個參數(shù)，第一個參數(shù)表示要分配的內(nèi)存塊的個數(shù)，第二個參數(shù)表示每個內(nèi)存塊的大小，單位是字節(jié)。calloc函數(shù)返回一個指向分配的內(nèi)存塊的指針，如果分配失敗，則返回NULL。int*ptr=(int*)calloc(5,sizeof(int));這行代碼使用calloc函數(shù)分配了足夠存儲五個整型變量的內(nèi)存空間，并將每個內(nèi)存單元初始化為0。realloc函數(shù)的使用realloc函數(shù)是C語言中用于調(diào)整已分配內(nèi)存塊大小的動態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)。它接收兩個參數(shù)，第一個參數(shù)是指向要調(diào)整大小的內(nèi)存塊的指針，第二個參數(shù)是要調(diào)整的大小，單位是字節(jié)。realloc函數(shù)返回一個指向調(diào)整后的內(nèi)存塊的指針，如果分配失敗，則返回NULL。int*ptr=(int*)realloc(ptr,10*sizeof(int));這行代碼使用realloc函數(shù)將ptr指向的內(nèi)存塊大小調(diào)整為足夠存儲十個整型變量的大小。free函數(shù)的使用free函數(shù)是C語言中用于釋放動態(tài)分配的內(nèi)存空間的函數(shù)。它接收一個參數(shù)，是指向要釋放的內(nèi)存塊的指針。free函數(shù)會將指針指向的內(nèi)存塊釋放，并將其返回給系統(tǒng)，以便將來使用。釋放不再使用的內(nèi)存空間可以防止內(nèi)存泄漏。free(ptr);這行代碼使用free函數(shù)釋放了ptr指向的內(nèi)存塊。內(nèi)存泄漏的概念與預(yù)防內(nèi)存泄漏是指動態(tài)分配的內(nèi)存空間不再被使用，但沒有被釋放，導致這些內(nèi)存空間無法被其他程序使用，最終導致系統(tǒng)內(nèi)存耗盡。預(yù)防內(nèi)存泄漏的關(guān)鍵是及時釋放不再使用的內(nèi)存空間，使用free函數(shù)釋放動態(tài)分配的內(nèi)存空間。野指針的概念與避免野指針是指指向一個無效內(nèi)存地址的指針，使用野指針會引發(fā)不可預(yù)知的錯誤。避免野指針的關(guān)鍵是：1.在使用指針之前，確保指針指向一個有效的內(nèi)存地址。2.在釋放內(nèi)存空間后，將指針設(shè)置為NULL，防止指針指向無效的內(nèi)存地址。指針的常見錯誤：空指針、越界訪問空指針是指指向空地址的指針，使用空指針訪問內(nèi)存會引發(fā)錯誤。越界訪問是指訪問數(shù)組或指針指向的內(nèi)存空間之外的內(nèi)存單元，這也會引發(fā)錯誤。指針與constconst可以用來修飾指針，用來控制指針的指向和指針指向的值是否可以被修改。const指針：指向常量的指針const指針是指向常量的指針，指針指向的值不能被修改，但指針本身可以被修改，可以指向其他內(nèi)存位置。例如，constint*ptr=#聲明一個指向常量int類型的指針。常量指針：指針本身是常量常量指針是指指針本身是常量，它不能被修改，但它指向的值可以被修改。例如，int*constptr=#聲明一個常量指針。指向const變量的const指針可以使用const指針來指向const類型的變量，這意味著指針指向的值和指針本身都不可被修改。例如，constint*constptr=#聲明一個指向const類型的變量的常量指針。void指針的概念與使用void指針是指指向任何類型數(shù)據(jù)的指針，它不指向任何特定類型的數(shù)據(jù)。void指針可以指向任何類型的變量，但不能直接訪問指向的數(shù)據(jù)，需要進行類型轉(zhuǎn)換。void指針的類型轉(zhuǎn)換在使用void指針訪問指向的數(shù)據(jù)之前，需要將其類型轉(zhuǎn)換為與指向數(shù)據(jù)類型匹配的類型。例如，int*ptr=(int*)voidPtr;將void指針voidPtr轉(zhuǎn)換為指向int類型的指針。指針的類型轉(zhuǎn)換示例void*voidPtr=malloc(sizeof(int));int*ptr=(int*)voidPtr;*ptr=10;free(voidPtr);這行代碼使用void指針分配內(nèi)存，然后將其轉(zhuǎn)換為指向int類型的指針，最后釋放內(nèi)存。多重指針的概念多重指針是指一個指針指向另一個指針，通過多重指針可以間接訪問多個內(nèi)存單元。二級指針的理解二級指針是指指向指針的指針，例如，int**ptr聲明一個指向int類型的指針的指針，它可以指向一個int類型的指針變量。二級指針的應(yīng)用：動態(tài)創(chuàng)建二維數(shù)組可以使用二級指針來動態(tài)創(chuàng)建二維數(shù)組，例如，int**arr=(int**)malloc(m*sizeof(int*));為行指針分配內(nèi)存空間，然后使用