《C語言指針》教學(xué)課件

C語言指針歡迎來到《C語言指針》教學(xué)課件，我們將深入探索指針的概念、應(yīng)用場(chǎng)景以及與其他C語言要素的交互，助力你掌握指針編程的精髓！課程簡(jiǎn)介：為什么學(xué)習(xí)指針？指針是C語言的核心概念之一，理解和運(yùn)用指針對(duì)于編寫高效、靈活的C代碼至關(guān)重要。指針允許程序直接訪問內(nèi)存地址，賦予程序更高的控制權(quán)，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)。許多C語言庫函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用都依賴于指針，學(xué)習(xí)指針是深入理解C語言底層機(jī)制的必要途徑。指針的重要性與應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表、樹、圖等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)都離不開指針，指針用于連接不同數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建靈活的結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配程序運(yùn)行過程中，使用`malloc()`、`calloc()`等函數(shù)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存時(shí)，需要使用指針來管理分配的內(nèi)存空間。函數(shù)參數(shù)傳遞通過指針傳遞函數(shù)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)函數(shù)對(duì)外部變量的修改，提高代碼效率和靈活性。系統(tǒng)編程操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序等系統(tǒng)級(jí)代碼中，指針廣泛應(yīng)用于管理硬件資源，例如內(nèi)存、外設(shè)等。課程目標(biāo)：掌握指針的核心概念理解指針的概念，包括指針變量、地址、指針運(yùn)算等基本知識(shí)。熟練使用指針訪問變量、數(shù)組和字符串。了解指針與函數(shù)、結(jié)構(gòu)體、動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配之間的交互關(guān)系。掌握指針相關(guān)的常見錯(cuò)誤類型，并學(xué)會(huì)如何調(diào)試指針錯(cuò)誤。課程內(nèi)容概述1C語言數(shù)據(jù)類型回顧2指針變量的聲明與初始化3指針的算術(shù)運(yùn)算4指針與數(shù)組5指針與字符串6指針與函數(shù)7動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配8指針與結(jié)構(gòu)體9多級(jí)指針10const指針11指針常見錯(cuò)誤與調(diào)試技巧C語言數(shù)據(jù)類型回顧整型(int)：用于表示整數(shù)，例如`10`、`-5`。浮點(diǎn)型(float,double)：用于表示小數(shù)，例如`3.14`、`-1.23`。字符型(char)：用于表示單個(gè)字符，例如`'A'`、`'%'`。布爾型(bool)：用于表示真假值，例如`true`、`false`。變量與內(nèi)存地址變量變量是程序中用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容器，每個(gè)變量都有一個(gè)唯一的內(nèi)存地址。1內(nèi)存地址內(nèi)存地址是用來標(biāo)識(shí)內(nèi)存中每個(gè)存儲(chǔ)單元的唯一地址，用于定位數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的位置。2什么是地址？地址就好比是街道上的門牌號(hào)，它唯一標(biāo)識(shí)了內(nèi)存中每個(gè)存儲(chǔ)單元的位置。每個(gè)變量都分配了唯一的地址，程序可以通過地址找到變量的值。指針變量的聲明指針變量用于存儲(chǔ)內(nèi)存地址。聲明指針變量時(shí)，需要使用`*`符號(hào)，并指定指針變量指向的數(shù)據(jù)類型。例如：`int*ptr;`聲明了一個(gè)指向整型數(shù)據(jù)的指針變量`ptr`。指針變量的初始化指針變量的初始化是指給指針變量賦予一個(gè)有效的內(nèi)存地址。可以使用`&`運(yùn)算符獲取變量的地址，并將其賦予指針變量。例如：`intnum=10;int*ptr=#`將變量`num`的地址賦予指針變量`ptr`。使用&運(yùn)算符獲取變量地址在C語言中，`&`運(yùn)算符被稱為取地址運(yùn)算符，它用于獲取變量在內(nèi)存中的地址。例如，`&num`表示獲取變量`num`的地址。指針與變量的關(guān)系1指針變量存儲(chǔ)的是內(nèi)存地址，指向一個(gè)變量。2變量存儲(chǔ)的是數(shù)據(jù)，被指針變量所指向。指針的類型指針類型指針的類型決定了它指向的數(shù)據(jù)類型，指針只能指向與其類型匹配的變量。示例例如，`int*ptr`指針只能指向整型變量，不能指向字符型或浮點(diǎn)型變量。指針的大小指針的大小取決于系統(tǒng)架構(gòu)，一般來說，在32位系統(tǒng)中，指針的大小為4字節(jié)，在64位系統(tǒng)中，指針的大小為8字節(jié)。指針的大小表示的是它存儲(chǔ)內(nèi)存地址所需的空間。空指針(NULL)的概念空指針是一個(gè)特殊的指針，它不指向任何有效的內(nèi)存地址。空指針通常用來表示指針變量沒有指向任何數(shù)據(jù)。在C語言中，空指針的值通常被定義為`NULL`。指針的算術(shù)運(yùn)算1指針的算術(shù)運(yùn)算指針可以進(jìn)行加法、減法、比較等運(yùn)算，但指針的運(yùn)算方式與普通數(shù)值不同。2指針加法指針加法是指將指針的值加上一個(gè)整數(shù)值，指針會(huì)移動(dòng)到下一個(gè)內(nèi)存地址，移動(dòng)的步長(zhǎng)取決于指針的數(shù)據(jù)類型的大小。3指針減法指針減法是指將指針的值減去一個(gè)整數(shù)值，指針會(huì)移動(dòng)到上一個(gè)內(nèi)存地址，移動(dòng)的步長(zhǎng)同樣取決于指針的數(shù)據(jù)類型的大小。4指針比較可以使用關(guān)系運(yùn)算符（`==`、`!=`、`<`、`>`、`<=`、`>=`）比較兩個(gè)指針的值，判斷它們是否指向同一個(gè)內(nèi)存地址。指針的加法例如，`int*ptr=#ptr=ptr+1;`將指針`ptr`向后移動(dòng)一個(gè)整型數(shù)據(jù)的大小。如果`ptr`指向一個(gè)整型數(shù)組`array`的第一個(gè)元素，那么`ptr+1`將指向`array`的第二個(gè)元素。指針的減法例如，`int*ptr=#ptr=ptr-1;`將指針`ptr`向前移動(dòng)一個(gè)整型數(shù)據(jù)的大小。如果`ptr`指向一個(gè)整型數(shù)組`array`的第二個(gè)元素，那么`ptr-1`將指向`array`的第一個(gè)元素。指針的比較例如，`int*ptr1=&num1;int*ptr2=&num2;if(ptr1==ptr2){/*指針指向同一個(gè)地址*/}`比較指針`ptr1`和`ptr2`的值，如果它們指向同一個(gè)內(nèi)存地址，則`ptr1==ptr2`為真。指針與數(shù)組1數(shù)組名數(shù)組名可以被視為指向數(shù)組首元素的指針，它保存著數(shù)組首元素的內(nèi)存地址。2指針訪問元素通過指針可以訪問數(shù)組中的元素，例如，`array[i]`等價(jià)于`*(array+i)`。數(shù)組名與指針例如，`intarray[5]={1,2,3,4,5};int*ptr=array;`將數(shù)組`array`的首元素地址賦予指針變量`ptr`?，F(xiàn)在`ptr`指向`array`的第一個(gè)元素，`array`等價(jià)于`&array[0]`，兩者都表示數(shù)組首元素的地址。通過指針訪問數(shù)組元素例如，`int*ptr=&array[0];*ptr=10;`將指針`ptr`指向`array`的第一個(gè)元素，并將該元素的值修改為`10`。`*(ptr+i)`可以用來訪問數(shù)組中的第`i`個(gè)元素。指針的遞增和遞減操作例如，`int*ptr=array;ptr++;`將指針`ptr`向后移動(dòng)一個(gè)整型數(shù)據(jù)的大小，現(xiàn)在`ptr`指向`array`的第二個(gè)元素。`ptr--;`將指針`ptr`向前移動(dòng)一個(gè)整型數(shù)據(jù)的大小。數(shù)組指針數(shù)組指針是一個(gè)指針變量，它指向一個(gè)數(shù)組的第一個(gè)元素的地址。數(shù)組指針的類型是`數(shù)據(jù)類型(*)[數(shù)組大小]`。例如，`int(*ptr)[5];`聲明了一個(gè)指向包含5個(gè)整型元素的數(shù)組的指針`ptr`。指針數(shù)組指針數(shù)組是一個(gè)數(shù)組，它的元素是指針。指針數(shù)組的聲明方式與普通數(shù)組類似，只是數(shù)組元素的類型是指針類型。例如，`int*ptr[5];`聲明了一個(gè)包含5個(gè)指向整型數(shù)據(jù)的指針的數(shù)組`ptr`。指針與字符串字符串字符串是由字符組成的序列，以空字符`'\0'`結(jié)尾。指針指針可以用來存儲(chǔ)字符串的地址，并訪問字符串中的字符。字符串的存儲(chǔ)方式字符串在內(nèi)存中以字符數(shù)組的形式存儲(chǔ)，字符數(shù)組的最后一個(gè)元素是空字符`'\0'`，用于標(biāo)識(shí)字符串的結(jié)尾。例如，字符串`"Hello"`在內(nèi)存中存儲(chǔ)為`{'H','e','l','l','o','\0'}`。使用指針處理字符串指針可以用來訪問字符串中的字符，例如，`char*str="Hello";printf("%c",*(str+2));`將字符串`"Hello"`的地址賦予指針`str`，并打印字符串中第三個(gè)字符`'l'`。字符串指針字符串指針是指指向字符串首字符的指針，它保存著字符串的首地址。例如，`char*str="Hello";`將字符串`"Hello"`的首字符地址賦予指針`str`。指向字符串常量的指針指向字符串常量的指針是指向字符串常量的指針，它只能讀取字符串中的字符，不能修改字符串的內(nèi)容。例如，`char*conststr="Hello";`聲明了一個(gè)指向字符串常量的指針`str`，它不能被修改為指向其他字符串。指針與函數(shù)函數(shù)參數(shù)傳遞方式：值傳遞vs.地址傳遞值傳遞將參數(shù)的值復(fù)制到函數(shù)的局部變量中，函數(shù)對(duì)參數(shù)的修改不會(huì)影響外部變量。地址傳遞將參數(shù)的地址傳遞給函數(shù)，函數(shù)可以修改外部變量的值。使用指針作為函數(shù)參數(shù)通過指針傳遞函數(shù)參數(shù)，函數(shù)可以修改外部變量的值。例如，`voidswap(int*a,int*b){inttemp=*a;*a=*b;*b=temp;}`函數(shù)`swap()`接收兩個(gè)指向整型變量的指針`a`和`b`，并交換它們所指向的變量的值。函數(shù)返回值是指針函數(shù)可以返回指針類型的值，例如，`int*findMax(int*arr,intn){int*max=arr;for(inti=1;i<n;i++){if(arr[i]>*max){max=&arr[i];}}returnmax;}`函數(shù)`findMax()`返回指向數(shù)組`arr`中最大元素的指針。指向函數(shù)的指針指向函數(shù)的指針是一個(gè)指向函數(shù)的指針變量，它保存著函數(shù)的地址。例如，`void(*funcPtr)(int);funcPtr=&myFunction;funcPtr(10);`將函數(shù)`myFunction`的地址賦予指向函數(shù)的指針`funcPtr`，并通過`funcPtr`調(diào)用`myFunction`。函數(shù)指針數(shù)組函數(shù)指針數(shù)組是一個(gè)數(shù)組，它的元素是指向函數(shù)的指針。例如，`void(*funcPtrArr[5])(int);funcPtrArr[0]=&myFunction1;funcPtrArr[1]=&myFunction2;`將`myFunction1`和`myFunction2`的地址分別賦予`funcPtrArr`的第一個(gè)和第二個(gè)元素，并可以通過`funcPtrArr`來調(diào)用它們。動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配是指在程序運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要分配內(nèi)存空間，而不是在編譯時(shí)分配固定大小的內(nèi)存空間。C語言提供了`malloc()`、`calloc()`、`realloc()`和`free()`等函數(shù)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。malloc()函數(shù)的使用`malloc()`函數(shù)用于分配一塊內(nèi)存空間，并返回指向這塊內(nèi)存空間的指針。例如，`int*ptr=(int*)malloc(sizeof(int));`分配一塊大小為`sizeof(int)`字節(jié)的內(nèi)存空間，并返回指向這塊內(nèi)存空間的指針`ptr`。如果內(nèi)存分配失敗，`malloc()`將返回`NULL`。calloc()函數(shù)的使用`calloc()`函數(shù)用于分配一塊內(nèi)存空間，并將其初始化為0。例如，`int*ptr=(int*)calloc(5,sizeof(int));`分配一塊大小為`5*sizeof(int)`字節(jié)的內(nèi)存空間，并將所有元素初始化為`0`，并返回指向這塊內(nèi)存空間的指針`ptr`。realloc()函數(shù)的使用`realloc()`函數(shù)用于重新分配一塊已分配的內(nèi)存空間，可以增大或縮小內(nèi)存空間的大小。例如，`int*ptr=(int*)realloc(ptr,10*sizeof(int));`將指針`ptr`所指向的內(nèi)存空間的大小調(diào)整為`10*sizeof(int)`字節(jié)，并返回指向新內(nèi)存空間的指針`ptr`。如果內(nèi)存分配失敗，`realloc()`將返回`NULL`。free()函數(shù)的使用`free()`函數(shù)用于釋放一塊動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存空間。例如，`free(ptr);`釋放指針`ptr`所指向的內(nèi)存空間。釋放內(nèi)存空間后，指針`ptr`成為一個(gè)野指針，不能再使用該指針訪問內(nèi)存空間。內(nèi)存泄漏的概念內(nèi)存泄漏是指程序動(dòng)態(tài)分配了一塊內(nèi)存空間，但忘記使用`free()`函數(shù)釋放這塊內(nèi)存空間，導(dǎo)致這塊內(nèi)存空間一直被占用，無法被其他程序使用。內(nèi)存泄漏會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行速度變慢，甚至崩潰。避免內(nèi)存泄漏的技巧1在使用`malloc()`、`calloc()`或`realloc()`分配內(nèi)存空間后，務(wù)必使用`free()`函數(shù)釋放這塊內(nèi)存空間。2在程序退出前，檢查所有動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存空間是否都被釋放。3使用RAII技術(shù)(ResourceAcquisitionIsInitialization)，將資源的分配和釋放與對(duì)象的生命周期綁定在一起。指針與結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體是C語言中用于存儲(chǔ)不同類型數(shù)據(jù)的自定義數(shù)據(jù)類型。指針可以用來訪問結(jié)構(gòu)體成員，并傳遞結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)體成員的訪問方式可以使用`.`運(yùn)算符訪問結(jié)構(gòu)體成員。例如，`structStudent{intid;charname[20];};structStudentstudent;student.id=10;`聲明了一個(gè)名為`student`的結(jié)構(gòu)體變量，并使用`.`運(yùn)算符為其成員`id`和`name`賦值。使用指針訪問結(jié)構(gòu)體成員可以使用`->`運(yùn)算符訪問結(jié)構(gòu)體成員。例如，`structStudent*ptr=&student;ptr->id=10;`將結(jié)構(gòu)體變量`student`的地址賦予指針`ptr`，并使用`->`運(yùn)算符為其成員`id`賦值。結(jié)構(gòu)體指針結(jié)構(gòu)體指針是指向結(jié)構(gòu)體變量的指針，它保存著結(jié)構(gòu)體變量的地址。例如，`structStudent*ptr=&student;`將結(jié)構(gòu)體變量`student`的地址賦予指針`ptr`。結(jié)構(gòu)體數(shù)組和指針可以創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體數(shù)組，并使用指針來訪問數(shù)組中的結(jié)構(gòu)體元素。例如，`structStudentstudents[5];structStudent*ptr=students;ptr->id=10;`聲明了一個(gè)包含5個(gè)`Student`結(jié)構(gòu)體元素的數(shù)組`students`，并使用指針`ptr`訪問數(shù)組中的第一個(gè)元素。多級(jí)指針(指針的指針)多級(jí)指針是指指向指針的指針，可以用來訪問指向另一個(gè)指針的指針變量。例如，`int**ptr;`聲明了一個(gè)指向指向整型數(shù)據(jù)的指針的指針`ptr`。理解多級(jí)指針的概念多級(jí)指針可以理解為一個(gè)嵌套的指針，它們層層指向其他指針，最終指向一個(gè)數(shù)據(jù)。例如，`int**ptr=&ptr1;`將指向整型數(shù)據(jù)的指針`ptr1`的地址賦予指向指針的指針`ptr`。多級(jí)指針的應(yīng)用場(chǎng)景1動(dòng)態(tài)分配多維數(shù)組：可以使用多級(jí)指針來創(chuàng)建動(dòng)態(tài)分配的多維數(shù)組，根據(jù)需要調(diào)整數(shù)組的大小。2傳遞函數(shù)指針作為參數(shù)：可以將指向函數(shù)的指針作為參數(shù)傳遞給另一個(gè)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)函數(shù)回調(diào)。3實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：多級(jí)指針可以用來構(gòu)建更復(fù)雜的鏈表、樹等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。const指針const指針是一種特殊的指針，它可以用來保護(hù)數(shù)據(jù)不被修改。const指針可以分為兩種：指向const數(shù)據(jù)的指針和const指針變量。指向const數(shù)據(jù)的指針指向const數(shù)據(jù)的指針是指向常量的指針，它只能讀取數(shù)據(jù)，不能修改數(shù)據(jù)。例如，`constintnum=10;int*ptr=#*ptr=20;`這段代碼將導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤，因?yàn)閌ptr`指向的是常量`num`，不能修改`num`的值。const指針變量const指針變量是指針變量本身是常量，它的值不能被修改，但它可以指向不同的數(shù)據(jù)。例如，`intnum=10;constint*ptr=#ptr=&num2;`聲明了一個(gè)const指針變量`ptr`，它指向變量`num`，但`ptr`的值可以修改為指向其他變量`num2`。const指針指向const數(shù)據(jù)const指針可以指向const數(shù)據(jù)，這種情況下，指針本身和它所指向的數(shù)據(jù)都無法被修改。例如，`constintnum=10;constint*ptr=#*ptr=20;ptr=&num2;`這段代碼將導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤，因?yàn)閌ptr`是const指針，它