C 语言拾遗

前言

最近学习数据结构和算法，使用 C 语言实现一些算法和练习题的时候，容易卡壳在 C 语言里面的一些指针、结构体、内存分配等相关语法知识点上，这次复习了一下，下面是一些记录。

指针

指针：就是保存地址的变量，变量的值是所指像的内存地址。

int i;
int *p = &i;
int *p, q;
int *p,q;

image

指针应用场景

场景一，函数返回多个值，某些值只能通过指针返回

如 iOS 里面常见的一些这样的代码：

NSError *error = nil;
[[NSFileManager defaultManager] removeItemAtPath:@"xxx/path" error:&error];
if (error) {
    NSLog(@"操作失败！\n");
    NSLog(@"error = %@", error);
} else {
    NSLog(@"操作成功！");
}

这段代码在给定路径下删除资源，通过外界传递的 error 来接收错误值，用来判断操作是否成功。这个方法里面的 error 只能通过参数返回。

再看一段 C 代码：

// 求整型数组中元素的最大值和最小值
void minmax(int a[], int len, int *max, int *min)
{
    int i;
    *min = *max = a[0];
    for (i = 1; i < len; i++)
    {
        if (a[i] < *min) 
        {
            *min = a[i];
        }
        
        if (a[i] > *max) 
        {
            *max = a[i];
        }
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    int a[] = {1, 3, 4, 10, 66, 78, 34, 99};
    int min, max;
    minmax(a, sizeof(a)/sizeof(a[0]), &max, &min);
    printf("min = %d, max = %d\n", min, max);
    
    return 0;
}

// 日志输出
min = 1, max = 99
Program ended with exit code: 0

这种场景下，指针的作用就是作为函数参数把函数需要返回的值带出来。

场景二，函数返回运算状态，常用 -1 和 0 表示，函数结果通过指针返回

举例，除法运算有可能不成功，当除数为 0 时，就不成功，这个时候函数既需要告诉外界函数的运算状态，又要将结果返回，这样可以把运算结果通过指针来返回

// 如果除法成功，返回1；否则返回0
int divide(int a, int b, int *resutlt)
{
    int ret = 1;
    if (b == 0) ret = 0;
    else {
        *resutlt = a/b;
    }
    return ret;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    int a = 5;
    int b = 2;
    int c;
    
    if (divide(a, b, &c)) {
        printf("%d/%d=%d\n", a,b,c);
    }
    
    return 0;
}

// 执行结果
5/2=2
Program ended with exit code: 0

指针使用常见错误场景

定义了指针变量，但还没有指向任何变量，就开始使用指针。

image

指针数组

1. 函数参数中的数组其实就是指针。看段代码：

image

在sum函数里面修改数组参数a[0]的值，影响到了原数组。其实在函数中，数组参数就是指针，所以下面这几种写法是等价的。

int sum(int a[], int length)
int sum(int *, int);
int sum(int *a, int length)
int sum(int [], int length)

2. 数组是特殊的指针

• 数组变量本身表达地址，赋值给指针不需要用&取地址。
• 数组的单元表达的是变量，赋值给指针需要用&取地址。
• [] 可以对数组做，也可以对指针做。
• * 运算符可以对指针做，也可以对数组做。
• 数组变量是const 的指针，不能被赋值。

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指针与const

1. 指针是const

int a = 1;
int *const p = &a;
*p = 2;
// 指针指向的变量可以改变
printf("*p=%d\n", *p);
    
// 指针不能改
//    *p++;

// 打印日志
*p=2
Program ended with exit code: 0

2. 所指是const

int a = 1;
// 两个等价
// const int *p = &a;
int const *p = &a;
// 指针可以改
printf("*p = %d\n", *p);
*p++;
// 指针指向的变量不能改
//    *p = 2;
printf("*p = %d\n", *p);

// 打印日志
*p = 1
*p = -272632560
Program ended with exit code: 0

3. 应用场景

当要传递的参数类型比地址大的时候，如结构体类型，使用const类型修饰所指变量，既能用比较小的字节数传递值给参数，又能防止函数内部对外面变量的修改。

4. const 数组

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上面说到，数组在函数参数中其实是指针，在函数内部可以修改原数组的值，为了保护数组不被函数破坏，可以设置函数参数为const

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指针运算

1. 指针加减

指针加减运算是将指针指向的内存单元下移或者上移，移动的单位是sizeof(内存单元)。

• 指针加减常数（p+1、p-1, p += 1; p -= 1）
• 指针自增自减（p++、p--）
• 指针之间相减 : 指两个指针之间相差多少个内存单元，即地址之差/sizeof(内存单元)

printf("指针加减运算-----\n");
printf("p = %p\n", p);
// p 加运算，指向数组下一个内存单元
p += 1;
printf("p = %p\n", p);
// p 减运算，指向数组上一个内存单元
p = p - 1;
printf("p = %p\n", p);
    
// p 自增自减
printf("指针自增自减-----\n");
p++;
printf("p = %p\n", p);
p--;
printf("p = %p\n", p);
    
// 指针相减
int *q = &a[8];
printf("指针相减-----\n");
printf("q = %p, p = %p,q - p = %ld\n", q,p, q - p);
    

// 打印日志，地址之间相差16进制正好sizeof(int)，*(p+1) -> 相当于a[1]
// 指针相减，地址相差 32，正好是8 * sizeof(int)
指针加减运算-----
p = 0x7ffeefbff4c0
p = 0x7ffeefbff4c4
p = 0x7ffeefbff4c0
指针自增自减-----
p = 0x7ffeefbff4c4
p = 0x7ffeefbff4c0
指针相减-----
q = 0x7ffeefbff4e0, p = 0x7ffeefbff4c0,q - p = 8
Program ended with exit code: 0

注意：指针能够进行这些运算的前提是指针指向的是一片连续的内存空间地址，如数组这样。如果指针不是指向一片连续的内存空间，则这种运算是没有意义的。

2. *p++

• 取出p所指内存的那个数据，然后再把p移到下一个位置去，即p+1。
• ++ 的优先级大于*
• 常用语数组类的连续空间操作，如数组遍历
• 在一些CPU上，可以直接被翻译成一条汇编指令，所以运行效率高

int a[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, -1};
int *p = &a[0];
while (*p != -1) {
    printf("%d\n", *p++);
}

// 打印日志
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Program ended with exit code: 0

3. 指针比较

指针的比较其实就是对指针所指内存地址大小的比较

• <、<=、==、>、>=、！= 这些运算符都可以来对指针操作

0 地址

每个用用程序都有 0 地址，0 地址可以用来表示不能随便访问的地址，所以指针不应该具有 0 值，但可以用来表示特殊的事情

• 返回的指针无效的
• 指针没有被真正初始化（先初始化为NULL、0）
• NULL 表示 0 地址

// 表示q没有被真正初始化，不能使用
int *q = NULL;
// 错误
// *q = 15;

指针类型

• 指针的类型主要是指所指向的内存变量的类型，不同指向类型的指针是不能直接相互赋值的
• 指针类型转换
  • void * 表示不知道指向指向什么类型的指针

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动态内存分配

C 语言中动态内存分配要引入 #include 系统库。

// 内存分配函数，传入一个需要申请的内存空间大小，单位是字节，返回一个 void * 指针指向这片内存空间
void *malloc(size_t __size)

// 释放空间，传入是指向要释放内存的指针
void free(void *);

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常见问题

1. 申请了空间忘记free
2. free过了在free
3. 地址变过了，直接去free

结构体

结构体常用来表达复杂一些的数据结构。

声明

// 1. 有名结构体
struct point {
    int x;
    int y;
};

// p1，p2都是结构体 point 类型
struct point p1, p2;


// 2. 无名结构体，没有定义结构体类型，只是声明了两个结构体的变量p3，p4
struct {
    int x;
    int y;
} p3, p4;

// 3. 既定义了结构体类型point，有声明了两个变量 p5，p6
struct point {
    int x;
    int y;
} p5, p6;

访问

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作为函数参数

结构体直接当做函数参数和数组不一样，数组是传递的指针，而结构传递的是值，需要赋值一遍原结构到函数参数中，如果结构很大的话，这样的操作就需要消耗挺大的资源。可以选择使用指针传递。

指向结构的指针

struct point *getNewPoint(struct point *point)
{
    point->x = 2;
    point->y = 2;
    
    return point;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {

    // p2 指向结构体的指针变量
    struct point *p2 = &p1;
    // 赋值
    (*p2).x = 1;
    // 用 -> 表示指针所指结构体变量的成员变量
    p2->y = 1;
    
    printf("x = %d, y = %d\n", p2->x, p2->y);
    // 将结构体指针传入函数参数
    p2 = getNewPoint(p2);
    printf("x = %d, y = %d\n", p2->x, p2->y);
}

// 打印日志
x = 1, y = 1
x = 2, y = 2
Program ended with exit code: 0

结构数组

// 结构数组，数组里面的元素是一个个结构体
struct point points[] = {
    {0,0},{1,1}, {2,2}
};
    
// 访问
int x = points[0].x;
int y = points[1].y;

typedef

// 取别名，相当于Point就是结构体体类型。
typedef struct {
    int x;
    int y;
}Point;


// 使用
Point p1;
Point *p2 = &p1;
    
p1.x = 1;
p1.y = 1;
p2->x = 2;
p2->y = 2;

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扩展阅读
数据结构与算法学习-链表下
数据结构与算法学习-链表上
《算法图解》读书笔记—像小说一样有趣的算法入门书
数据结构与算法学习-数组
数据结构与算法学习-复杂度分析
数据结构与算法学习-开篇

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