指针是C语言中最为强大但也最令人畏惧的特性之一。这种恐惧和不安部分源于指针在C语言中可能被以极其晦涩的方式使用。许多C语言教程或课程在讲解指针时，会让学生去解析一些看起来怪异的指针语法组合——而这些用法在实际编程中极少出现。你可能已经见过类似的语法（也可能会再次见到），但通常情况下，指针并不需要被用得异常复杂。事实上，它们的使用相当直接。

基本概念是：指针是C语言中一种特殊的数据类型，它存储的是内存中某个位置的地址。可以把指针想象成一根指向内存块的箭头，而该内存块中存放着我们关心的实际数据。这与电话号码或家庭住址的概念非常相似。

下面有一个代码示例，能更清晰地说明这一点。

指针的作用

指针使我们能够操作堆上动态分配的内存块。我们也可以用指针处理栈变量，但在大多数情况下这并非必要。

由于指针可以手动且直接访问内存块，因此它们常用于字符串和结构体。试想一下，将一个大型内存块（比如包含大量数据的结构体）传递给函数时，如果按值传递，就需要将所有数据复制到栈上。相比之下，传递该内存块的地址更加高效——无需复制，只需传递地址，函数结束后也不必删除副本。通过传递变量的地址使其在函数中可访问，这种方式称为传引用；而通过创建新的局部变量并复制其值来传递，则称为传值。

一个实际例子

要使用指针，我们需要掌握如何声明指针、将内存地址存入其中，并利用它访问对应的内存位置。

声明指针

以下是声明指针并存储地址的方法：

1#include <stdio.h>
2
3int main(void)
4{
5  int age = 30;
6  int *p;
7  p = &age;
8  printf("age = %d\n", age);
9  printf("p = %p\n", p);
10  printf("*p = %d\n", *p);
11  printf("sizeof(p) = %ld\n", sizeof(p));
12  *p = 40;
13  printf("*p = %d\n", *p);
14  printf("age = %d\n", age);
15  return 0;
16}

我们先从第5到第7行开始，通过图示理解其执行过程，再详细解释代码中指针的声明与使用方式。

• 第5行：我们声明了一个整型变量 age，并初始化为 30。

• 第6行：我们声明了一个变量 p，其类型为指向整型的指针。

  星号 * 的语法用于声明一个变量为指向特定类型的指针。通常，我们必须明确指针所指向的具体类型，唯一的例外是所谓的空指针（void pointer），即指向未知类型的指针。目前不必担心空指针。

  此时，我们有了一个指向整型的指针变量 p，但它尚未指向任何地方。我们只是在内存中预留了存储指针的空间。

• 第7行：我们为指针 p 赋值，将其设置为变量 age 的地址。

  在C语言中，当 & 操作符出现在变量名前时，会获取该变量的内存地址。

  此时程序的状态如下：

  • 变量 age 的值是整数 30。
  • 变量 p 的值是 age 变量所在的内存地址。
  • p 所指向的内存位置中的值也是 30。

• 第9行：打印指针 p 的值。运行程序后，输出是一串长而奇怪的字母与数字组合。这实际上是十六进制形式的内存地址。

解引用指针

访问指针所指向的值，称为解引用指针。可以通过在指针名称前加星号 * 来实现（注意：这不是在声明时使用）。例如，在上述代码中：

• 第10行：使用 *p 语法来访问指针 p 所指向的值。此时，p 是一个整型变量的地址，而 *p 是该地址所对应变量的值。
• 第12行：再次使用解引用，但这次是修改 p 所指向变量的值为 40。由于 p 指向 age 变量，因此相当于将 age 变量对应的内存位置的值设为 40。

指针的大小

从上面代码的第11行及其输出可以看出，我们的指针 p 占用8字节。

记住，1字节等于8位，因此一个4字节的指针最多可表示 32 位，即 $2^{32}$ 个不同的地址，也就是最多访问 4 GB 的内存空间。若需访问超过 4 GB 的内存，则需要更大的指针！在64位系统中，指针占8字节，支持 $2^{64}$ 个不同的内存地址。理论上这意味着计算机可拥有高达16艾字节（约10亿GB或100万TB）的内存——这在可预见的未来都难以实现。

指针的另一个强大用途是支持与数组的交互。