C语言学习指针和作用域

2025-08-19 技术笔记

一、指针

指针，顾名思义，就是用来“指向”某个地址的变量。它存储的是变量的地址，而不是变量本身。在C语言中，指针的使用非常广泛，无论是数据结构的实现，还是函数之间的参数传递，都离不开指针的身影。

（一）指针的声明

指针的声明格式是这样的：


int *p;

这里， int 表示指针所指向的数据类型， * 表示这是一个指针变量， p 是指针的名称。需要注意的是，指针的类型必须和它所指向的变量类型一致，否则在使用时会出现类型不匹配的错误。

指针错误的声明方式：

1、未初始化


int *p;  
*p = 5;

正确方式应该是：


int a = 0;
int *p = &a;  // 指向变量 a
*p = 5;

/* 或者 */
int *p = NULL;   // 明确不指向任何地方
if (p) *p = 5;

2、类型不匹配


double d = 3.14;
int *p = &d;

正确方式应该是：指针的类型和它所指向的变量类型一致

（二） `&` 和 `*` 运算符

& 运算符用来获取变量的地址，而 * 运算符则用来获取指针所指向的地址中的值。这两个运算符在指针的操作中非常重要。

举个例子：


int a = 10;
int *p = &a;
printf("%d n", *p); // 输出 10

这里， &a 获取了变量 a 的地址，赋值给指针 p。然后通过 *p 获取指针 p 所指向地址中的值，也就是变量 a 的值。

二、指针的算术运算

指针的算术运算主要包括加法和减法。不过，指针的加法和减法和普通的整数运算有所不同。指针的加法和减法操作是基于它所指向的数据类型的大小来进行的。

假设有一个指针 p，它指向的是一个 int 类型的变量，那么 p + 1 的结果是 p 的地址加上 sizeof(int) 的大小。这是因为指针的加法操作是按照它所指向的数据类型的边界来进行的，这样可以保证指针指向的是连续的内存单元。

指针的减法操作也是如此。如果两个指针指向的是同一个数组中的元素，那么它们的差值表示的是它们之间相隔的元素个数，而不是它们的地址差值。

三、传递指针给函数

在C语言中，函数的参数传递默认是值传递，也就是说，函数内部对参数的修改不会影响到函数外部的变量。但是，有时候我们希望函数能够修改外部变量的值，这时候就需要使用指针来传递参数。

举个例子：


void increment(int *p) {
    (*p)++;
}

int main() {
    int a = 10;
    increment(&a);
    printf("%d n", a); // 输出 11
    return 0;
}

在这个例子中， increment 函数接收一个指向 int 类型的指针作为参数。在函数内部，通过解引用操作符 * 修改了指针所指向的变量的值。因此，当我们在 main 函数中调用 increment( &a) 时，变量 a 的值被成功地修改了。

四、从函数返回指针

从函数返回指针是一种非常强大的功能，它可以用来实现动态内存分配、返回数组等操作。不过，从函数返回指针时需要特别小心，因为如果返回的是局部变量的地址，那么在函数返回后，这个地址可能会被其他变量占用，导致不可预测的错误。

一个常见的例子是返回动态分配的内存：


int* createArray(int size) {
    int *arr = (int *)malloc(size * sizeof(int));
    return arr;
}

int main() {
    int *arr = createArray(10);
    // 使用 arr
    free(arr);
    return 0;
}

在这个例子中， createArray 函数通过 malloc 动态分配了一块内存，并返回了这块内存的地址。在 main 函数中，我们可以通过返回的指针来访问和操作这块内存。不过，需要注意的是，当我们不再需要这块内存时，必须使用 free 函数来释放它，否则会导致内存泄漏。

五、全局变量和局部变量

在C语言中，变量的作用域是一个非常重要的概念。全局变量和局部变量的作用域和生命周期都有很大的不同。

（一）全局变量

全局变量是在函数外部定义的变量，它的作用域是从定义的位置到文件的末尾。全局变量在程序运行期间一直存在，它的生命周期和程序的生命周期一样长。

全局变量的初始化方式也很简单，可以直接在定义时赋值：


int globalVar = 10;

如果在定义时不初始化，全局变量会被自动初始化为0。

（二）局部变量

局部变量是在函数内部定义的变量，它的作用域仅限于函数内部。局部变量的生命周期是从函数调用开始到函数返回结束。

局部变量的初始化方式和全局变量类似，也可以在定义时赋值：


void func() {
    int localVar = 20;
}

如果在定义时不初始化，局部变量的值是未定义的，可能会包含垃圾值。

（三） `static` 的用法

static 关键字可以用来修饰全局变量和局部变量。对于全局变量， static 会限制它的作用域仅限于定义它的文件内部。对于局部变量， static 会改变它的生命周期，使它在函数调用结束后仍然存在，直到程序结束。


// 全局变量
static int globalStaticVar = 30;

// 局部变量
void func() {
    static int localStaticVar = 40;
}

在内存中，全局变量和局部变量也有很大的区别。全局变量存储在全局数据区，而局部变量存储在栈区。全局变量的内存地址是固定的，而局部变量的内存地址是在函数调用时动态分配的。

六、总结

指针是C语言中的一个非常重要的概念，它的使用非常灵活，但也需要我们非常小心。通过学习指针的用法、 & 和 * 运算符、指针的算术运算、传递指针给函数、从函数返回指针等知识，我们可以更好地理解和使用C语言。同时，全局变量和局部变量的作用域和生命周期也是我们需要掌握的重要内容。希望这篇文章能够帮助大家更好地学习和理解指针和变量的作用域，也欢迎大家在评论区留言，一起探讨和学习。

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