C指针进阶：多维数组与函数指针精解

指针与多维数组的关系

多维数组在内存中以连续线性方式存储。例如，二维数组 int arr[3][4] 可视为由3个一维数组（每行4个元素）组成。指针访问时，arr 是首行地址，arr[i] 是第 i 行首元素地址，*(arr+i)+j 等价于 &arr[i][j]。

代码示例：

int arr[3][4] = {{1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12}};
int (*ptr)[4] = arr; // 指向含4个元素的一维数组的指针
printf("%d", *(*(ptr+1)+2)); // 输出7，即arr[1][2]

函数指针的高级应用

函数指针可指向不同函数，实现动态调用。结合结构体或回调机制，能构建灵活的逻辑框架。

示例：回调函数实现排序策略

typedef int (*CompareFunc)(int, int);

void sort(int *arr, int size, CompareFunc cmp) {
    for (int i=0; i<size-1; i++) {
        for (int j=0; j<size-i-1; j++) {
            if (cmp(arr[j], arr[j+1]) > 0) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}

int ascending(int a, int b) { return a - b; }
int descending(int a, int b) { return b - a; }

指针与动态内存的深度管理

动态内存分配需严格匹配释放操作。常见错误包括内存泄漏（未释放）和悬垂指针（释放后访问）。

安全实践：

int *create_array(int size) {
    int *arr = (int*)malloc(size * sizeof(int));
    if (arr == NULL) { exit(EXIT_FAILURE); }
    return arr;
}

void free_array(int **arr) {
    free(*arr);
    *arr = NULL; // 避免悬垂指针
}

指针与结构体的复杂交互

结构体指针常用于链式数据结构（如链表、树）。通过指针嵌套，可构建多层次结构。

链表节点示例：

typedef struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
} Node;

void insert(Node **head, int value) {
    Node *new_node = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    new_node->data = value;
    new_node->next = *head;
    *head = new_node;
}

指针的类型转换与对齐问题

强制类型转换需谨慎，尤其是涉及内存对齐时。例如，将 void* 转为具体类型指针时，需确保目标类型对齐要求。

示例：

void *raw_data = malloc(8);
double *dbl_ptr = (double*)raw_data; // 假设系统对齐满足double要求
*dbl_ptr = 3.14;

指针运算的底层细节

指针加减运算以指向类型的大小为步长。例如，int *p 执行 p+1 时，实际地址增加 sizeof(int) 字节。

地址差计算示例：

int arr[5] = {0};
int *p1 = &arr[0], *p2 = &arr[4];
printf("%td", p2 - p1); // 输出4（元素间隔数，非字节数）

安全性与防御性编程

使用 const 限定符防止意外修改（如 const int* 或 int* const）。
检查指针非空后再解引用。
避免野指针：初始化时为指针赋 NULL，释放后立即置空。

以上内容涵盖了指针进阶的核心技术点，结合实际代码和底层原理分析，适合深入理解C语言指针的高级特性。

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