《C语言指针》教学课件

C语言指针欢迎来到《C语言指针》教学课件，我们将深入探索指针的概念、应用场景以及与其他C语言要素的交互，助力你掌握指针编程的精髓！课程简介：为什么学习指针？指针是C语言的核心概念之一，理解和运用指针对于编写高效、灵活的C代码至关重要。指针允许程序直接访问内存地址，赋予程序更高的控制权，实现更复杂的程序设计。许多C语言库函数和系统调用都依赖于指针，学习指针是深入理解C语言底层机制的必要途径。指针的重要性与应用场景数据结构链表、树、图等数据结构的实现都离不开指针，指针用于连接不同数据节点，构建灵活的结构。动态内存分配程序运行过程中，使用`malloc()`、`calloc()`等函数动态分配内存时，需要使用指针来管理分配的内存空间。函数参数传递通过指针传递函数参数，可以实现函数对外部变量的修改，提高代码效率和灵活性。系统编程操作系统、驱动程序等系统级代码中，指针广泛应用于管理硬件资源，例如内存、外设等。课程目标：掌握指针的核心概念理解指针的概念，包括指针变量、地址、指针运算等基本知识。熟练使用指针访问变量、数组和字符串。了解指针与函数、结构体、动态内存分配之间的交互关系。掌握指针相关的常见错误类型，并学会如何调试指针错误。课程内容概述1C语言数据类型回顾2指针变量的声明与初始化3指针的算术运算4指针与数组5指针与字符串6指针与函数7动态内存分配8指针与结构体9多级指针10const指针11指针常见错误与调试技巧C语言数据类型回顾整型(int)：用于表示整数，例如`10`、`-5`。浮点型(float,double)：用于表示小数，例如`3.14`、`-1.23`。字符型(char)：用于表示单个字符，例如`'A'`、`'%'`。布尔型(bool)：用于表示真假值，例如`true`、`false`。变量与内存地址变量变量是程序中用于存储数据的容器，每个变量都有一个唯一的内存地址。1内存地址内存地址是用来标识内存中每个存储单元的唯一地址，用于定位数据在内存中的位置。2什么是地址？地址就好比是街道上的门牌号，它唯一标识了内存中每个存储单元的位置。每个变量都分配了唯一的地址，程序可以通过地址找到变量的值。指针变量的声明指针变量用于存储内存地址。声明指针变量时，需要使用`*`符号，并指定指针变量指向的数据类型。例如：`int*ptr;`声明了一个指向整型数据的指针变量`ptr`。指针变量的初始化指针变量的初始化是指给指针变量赋予一个有效的内存地址。可以使用`&`运算符获取变量的地址，并将其赋予指针变量。例如：`intnum=10;int*ptr=#`将变量`num`的地址赋予指针变量`ptr`。使用&运算符获取变量地址在C语言中，`&`运算符被称为取地址运算符，它用于获取变量在内存中的地址。例如，`&num`表示获取变量`num`的地址。指针与变量的关系1指针变量存储的是内存地址，指向一个变量。2变量存储的是数据，被指针变量所指向。指针的类型指针类型指针的类型决定了它指向的数据类型，指针只能指向与其类型匹配的变量。示例例如，`int*ptr`指针只能指向整型变量，不能指向字符型或浮点型变量。指针的大小指针的大小取决于系统架构，一般来说，在32位系统中，指针的大小为4字节，在64位系统中，指针的大小为8字节。指针的大小表示的是它存储内存地址所需的空间。空指针(NULL)的概念空指针是一个特殊的指针，它不指向任何有效的内存地址。空指针通常用来表示指针变量没有指向任何数据。在C语言中，空指针的值通常被定义为`NULL`。指针的算术运算1指针的算术运算指针可以进行加法、减法、比较等运算，但指针的运算方式与普通数值不同。2指针加法指针加法是指将指针的值加上一个整数值，指针会移动到下一个内存地址，移动的步长取决于指针的数据类型的大小。3指针减法指针减法是指将指针的值减去一个整数值，指针会移动到上一个内存地址，移动的步长同样取决于指针的数据类型的大小。4指针比较可以使用关系运算符（`==`、`!=`、`<`、`>`、`<=`、`>=`）比较两个指针的值，判断它们是否指向同一个内存地址。指针的加法例如，`int*ptr=#ptr=ptr+1;`将指针`ptr`向后移动一个整型数据的大小。如果`ptr`指向一个整型数组`array`的第一个元素，那么`ptr+1`将指向`array`的第二个元素。指针的减法例如，`int*ptr=#ptr=ptr-1;`将指针`ptr`向前移动一个整型数据的大小。如果`ptr`指向一个整型数组`array`的第二个元素，那么`ptr-1`将指向`array`的第一个元素。指针的比较例如，`int*ptr1=&num1;int*ptr2=&num2;if(ptr1==ptr2){/*指针指向同一个地址*/}`比较指针`ptr1`和`ptr2`的值，如果它们指向同一个内存地址，则`ptr1==ptr2`为真。指针与数组1数组名数组名可以被视为指向数组首元素的指针，它保存着数组首元素的内存地址。2指针访问元素通过指针可以访问数组中的元素，例如，`array[i]`等价于`*(array+i)`。数组名与指针例如，`intarray[5]={1,2,3,4,5};int*ptr=array;`将数组`array`的首元素地址赋予指针变量`ptr`。现在`ptr`指向`array`的第一个元素，`array`等价于`&array[0]`，两者都表示数组首元素的地址。通过指针访问数组元素例如，`int*ptr=&array[0];*ptr=10;`将指针`ptr`指向`array`的第一个元素，并将该元素的值修改为`10`。`*(ptr+i)`可以用来访问数组中的第`i`个元素。指针的递增和递减操作例如，`int*ptr=array;ptr++;`将指针`ptr`向后移动一个整型数据的大小，现在`ptr`指向`array`的第二个元素。`ptr--;`将指针`ptr`向前移动一个整型数据的大小。数组指针数组指针是一个指针变量，它指向一个数组的第一个元素的地址。数组指针的类型是`数据类型(*)[数组大小]`。例如，`int(*ptr)[5];`声明了一个指向包含5个整型元素的数组的指针`ptr`。指针数组指针数组是一个数组，它的元素是指针。指针数组的声明方式与普通数组类似，只是数组元素的类型是指针类型。例如，`int*ptr[5];`声明了一个包含5个指向整型数据的指针的数组`ptr`。指针与字符串字符串字符串是由字符组成的序列，以空字符`'\0'`结尾。指针指针可以用来存储字符串的地址，并访问字符串中的字符。字符串的存储方式字符串在内存中以字符数组的形式存储，字符数组的最后一个元素是空字符`'\0'`，用于标识字符串的结尾。例如，字符串`"Hello"`在内存中存储为`{'H','e','l','l','o','\0'}`。使用指针处理字符串指针可以用来访问字符串中的字符，例如，`char*str="Hello";printf("%c",*(str+2));`将字符串`"Hello"`的地址赋予指针`str`，并打印字符串中第三个字符`'l'`。字符串指针字符串指针是指指向字符串首字符的指针，它保存着字符串的首地址。例如，`char*str="Hello";`将字符串`"Hello"`的首字符地址赋予指针`str`。指向字符串常量的指针指向字符串常量的指针是指向字符串常量的指针，它只能读取字符串中的字符，不能修改字符串的内容。例如，`char*conststr="Hello";`声明了一个指向字符串常量的指针`str`，它不能被修改为指向其他字符串。指针与函数函数参数传递方式：值传递vs.地址传递值传递将参数的值复制到函数的局部变量中，函数对参数的修改不会影响外部变量。地址传递将参数的地址传递给函数，函数可以修改外部变量的值。使用指针作为函数参数通过指针传递函数参数，函数可以修改外部变量的值。例如，`voidswap(int*a,int*b){inttemp=*a;*a=*b;*b=temp;}`函数`swap()`接收两个指向整型变量的指针`a`和`b`，并交换它们所指向的变量的值。函数返回值是指针函数可以返回指针类型的值，例如，`int*findMax(int*arr,intn){int*max=arr;for(inti=1;i<n;i++){if(arr[i]>*max){max=&arr[i];}}returnmax;}`函数`findMax()`返回指向数组`arr`中最大元素的指针。指向函数的指针指向函数的指针是一个指向函数的指针变量，它保存着函数的地址。例如，`void(*funcPtr)(int);funcPtr=&myFunction;funcPtr(10);`将函数`myFunction`的地址赋予指向函数的指针`funcPtr`，并通过`funcPtr`调用`myFunction`。函数指针数组函数指针数组是一个数组，它的元素是指向函数的指针。例如，`void(*funcPtrArr[5])(int);funcPtrArr[0]=&myFunction1;funcPtrArr[1]=&myFunction2;`将`myFunction1`和`myFunction2`的地址分别赋予`funcPtrArr`的第一个和第二个元素，并可以通过`funcPtrArr`来调用它们。动态内存分配动态内存分配是指在程序运行时根据需要分配内存空间，而不是在编译时分配固定大小的内存空间。C语言提供了`malloc()`、`calloc()`、`realloc()`和`free()`等函数来实现动态内存分配。malloc()函数的使用`malloc()`函数用于分配一块内存空间，并返回指向这块内存空间的指针。例如，`int*ptr=(int*)malloc(sizeof(int));`分配一块大小为`sizeof(int)`字节的内存空间，并返回指向这块内存空间的指针`ptr`。如果内存分配失败，`malloc()`将返回`NULL`。calloc()函数的使用`calloc()`函数用于分配一块内存空间，并将其初始化为0。例如，`int*ptr=(int*)calloc(5,sizeof(int));`分配一块大小为`5*sizeof(int)`字节的内存空间，并将所有元素初始化为`0`，并返回指向这块内存空间的指针`ptr`。realloc()函数的使用`realloc()`函数用于重新分配一块已分配的内存空间，可以增大或缩小内存空间的大小。例如，`int*ptr=(int*)realloc(ptr,10*sizeof(int));`将指针`ptr`所指向的内存空间的大小调整为`10*sizeof(int)`字节，并返回指向新内存空间的指针`ptr`。如果内存分配失败，`realloc()`将返回`NULL`。free()函数的使用`free()`函数用于释放一块动态分配的内存空间。例如，`free(ptr);`释放指针`ptr`所指向的内存空间。释放内存空间后，指针`ptr`成为一个野指针，不能再使用该指针访问内存空间。内存泄漏的概念内存泄漏是指程序动态分配了一块内存空间，但忘记使用`free()`函数释放这块内存空间，导致这块内存空间一直被占用，无法被其他程序使用。内存泄漏会导致程序运行速度变慢，甚至崩溃。避免内存泄漏的技巧1在使用`malloc()`、`calloc()`或`realloc()`分配内存空间后，务必使用`free()`函数释放这块内存空间。2在程序退出前，检查所有动态分配的内存空间是否都被释放。3使用RAII技术(ResourceAcquisitionIsInitialization)，将资源的分配和释放与对象的生命周期绑定在一起。指针与结构体结构体是C语言中用于存储不同类型数据的自定义数据类型。指针可以用来访问结构体成员，并传递结构体数据。结构体成员的访问方式可以使用`.`运算符访问结构体成员。例如，`structStudent{intid;charname[20];};structStudentstudent;student.id=10;`声明了一个名为`student`的结构体变量，并使用`.`运算符为其成员`id`和`name`赋值。使用指针访问结构体成员可以使用`->`运算符访问结构体成员。例如，`structStudent*ptr=&student;ptr->id=10;`将结构体变量`student`的地址赋予指针`ptr`，并使用`->`运算符为其成员`id`赋值。结构体指针结构体指针是指向结构体变量的指针，它保存着结构体变量的地址。例如，`structStudent*ptr=&student;`将结构体变量`student`的地址赋予指针`ptr`。结构体数组和指针可以创建结构体数组，并使用指针来访问数组中的结构体元素。例如，`structStudentstudents[5];structStudent*ptr=students;ptr->id=10;`声明了一个包含5个`Student`结构体元素的数组`students`，并使用指针`ptr`访问数组中的第一个元素。多级指针(指针的指针)多级指针是指指向指针的指针，可以用来访问指向另一个指针的指针变量。例如，`int**ptr;`声明了一个指向指向整型数据的指针的指针`ptr`。理解多级指针的概念多级指针可以理解为一个嵌套的指针，它们层层指向其他指针，最终指向一个数据。例如，`int**ptr=&ptr1;`将指向整型数据的指针`ptr1`的地址赋予指向指针的指针`ptr`。多级指针的应用场景1动态分配多维数组：可以使用多级指针来创建动态分配的多维数组，根据需要调整数组的大小。2传递函数指针作为参数：可以将指向函数的指针作为参数传递给另一个函数，实现函数回调。3实现复杂数据结构：多级指针可以用来构建更复杂的链表、树等数据结构。const指针const指针是一种特殊的指针，它可以用来保护数据不被修改。const指针可以分为两种：指向const数据的指针和const指针变量。指向const数据的指针指向const数据的指针是指向常量的指针，它只能读取数据，不能修改数据。例如，`constintnum=10;int*ptr=#*ptr=20;`这段代码将导致编译错误，因为`ptr`指向的是常量`num`，不能修改`num`的值。const指针变量const指针变量是指针变量本身是常量，它的值不能被修改，但它可以指向不同的数据。例如，`intnum=10;constint*ptr=#ptr=&num2;`声明了一个const指针变量`ptr`，它指向变量`num`，但`ptr`的值可以修改为指向其他变量`num2`。const指针指向const数据const指针可以指向const数据，这种情况下，指针本身和它所指向的数据都无法被修改。例如，`constintnum=10;constint*ptr=#*ptr=20;ptr=&num2;`这段代码将导致编译错误，因为`ptr`是const指针，它