【C语言·026】指针变量的声明语法与多级指针概念

很多人学指针,是被“星号的数量、括号的位置、方括号的优先级”三连击劝退的。本文不堆概念,而是搭一套能落地的心智模型 + 语法规则 + 高频用法 + 易错警示。看完后,你能读懂(乃至写出)大多数复杂的指针声明。


一、先立根:指针的“值”和“类型”

  • :一个地址(内存中的编号)。
  • 类型:描述“这个地址指向什么”。它决定三件事 1)*p 解引用后的结果类型; 2)p+1 前进的步长(int* 走 4 或 8 字节,依平台而定;double* 走 8 字节……); 3)const、对齐、函数原型等语义约束。

记住:类型是行为契约。星号不是装饰,和变量名紧密绑定。


二、基本声明与一个经典坑

int *p;      // p 是“指向 int 的指针”
char* s;     // 等价于 char *s; 星号与变量名绑定
int* a, b;   // a 是 int*,b 是 int(不是指针!)
int *x, *y;  // 两个都是指针,这是唯一安全的多声明写法

结论:一次声明多个变量时,每个指针变量前都写 *,别指望 int* a, b;b 也变指针。


三、括号改变结合方式:数组指针、指针数组、函数指针

口诀:从变量名出发,按“右优先,再左,再入括号;遇到括号先处理括号”(Right-Left Rule 简化版)。

int *p[3];      // p 是“含 3 个元素的数组”,每个元素是 int*
int (*q)[3];    // q 是“指向含 3 个 int 的数组”的指针(数组指针)

int (*fp)(int); // fp 是“指向函数的指针”,该函数参数为 int,返回 int
int *f(int);    // f 是“函数,返回 int*”(不是函数指针)
  • []() 的优先级高于 *
  • 想让 * 先与变量名结合,需要括号(*q)

四、多级指针:**、*** 是什么?

1)层级与内存示意

int x = 42;
int *p = &x;    // p 保存“x 的地址”
int **pp = &p;  // pp 保存“p 的地址”

内存视图(概念图):

x:  [ 42 ] 
p:  [ &x ] -> 指向 x
pp: [ &p ] -> 指向 p -> 再指向 x

2)多级指针的三大刚需场景

场景 A:在函数里“修改外部指针”

#include <stdlib.h>

int create_buffer(size_t n, int **out) {
    *out = (int*)malloc(n * sizeof(int));
    return *out ? 0 : -1;
}

int main() {
    int *buf = NULL;
    if (create_buffer(100, &buf) == 0) {
        // 此时 buf 已在函数内被“间接赋值”
        free(buf);
    }
}

如果只传 int*,函数拿到的是拷贝,无法把新地址“带回去”。所以需要 int**


场景 B:C 里常见的字符串数组/参数表

int main(int argc, char **argv) { /* ... */ }
// 等价于:char *argv[]

argv 是“指针数组”:每个元素是 char*,指向以 \0 结尾的字符串。


场景 C:二维数据的两种实现

  • 数组的数组(连续内存)int (*pa)[M] = malloc(N * sizeof(*pa)); 读写 pa[i][j]缓存友好
  • 指针的数组(分散内存)int **pp = malloc(N * sizeof(int*));,再为每行单独 malloc。 灵活,但内存不连续、释放更繁琐。

五、const 与多级指针:哪里“只读”?

const 看成“贴在它右侧紧邻的类型上”(const TT const 等价)。

const int *p;        // “指向 const int 的指针”:*p 只读,p 可改指向
int * const p2 = ...;// “常量指针,指向 int”:p2 只读,*p2 可改
const int * const p3;// “指向 const int 的常量指针”:两者都只读

多级指针时,每一层都能独立加 const

const int  x = 1;
const int *pc = &x;     // 指向只读 int
int const * const *ppc = &pc; // ppc 自身和 *ppc 都只读

警示不要把 const T* 的地址赋给 T**。这会丢失只读性,编译器通常拒绝:

const int c = 1;
const int *pc = &c;
// int **pp = &pc; // 错误:可能通过 pp 修改 c

六、读声明的小训练(带答案)

试着先自己读,再看答案。

  1. int *a[5]; a 是含 5 个元素的数组,每个元素是 int*(指针数组)。
  2. int (*b)[5]; b 是“指向含 5 个 int 的数组”的指针(数组指针)。
  3. int *(*c)[5]; c 是“指向含 5 个元素的数组”的指针,数组元素类型是 int*指向指针数组的指针)。
  4. int (*d(int, double))[8]; d 是函数,入参 (int, double)返回“指向含 8 个 int 的数组”的指针。
  5. int *(*fp)(void); fp 是“指向函数的指针”,该函数无参,返回 int*

七、实战片段:二维数据的两种声明与使用

连续内存(数组指针)——更像“真二维”

int N = 3, M = 4;
int (*mat)[M] = malloc(sizeof(int[N][M]));
for (int i = 0; i < N; ++i)
    for (int j = 0; j < M; ++j)
        mat[i][j] = i * 10 + j;

// 使用完毕
free(mat);

分散内存(指针的数组 + 多级指针)

int N = 3, M = 4;
int **rows = malloc(N * sizeof(int*));
for (int i = 0; i < N; ++i) {
    rows[i] = malloc(M * sizeof(int));
    for (int j = 0; j < M; ++j) rows[i][j] = i * 10 + j;
}

// 释放(顺序别反)
for (int i = 0; i < N; ++i) free(rows[i]);
free(rows);

选择建议

  • 需要与库接口兼容、行长度不一、常做“行级别增删”的场景:选择 int**
  • 注重性能(局部性)且行列固定:优先“数组指针 + 连续块”。

八、函数参数与“退化”

  • 数组参数会退化为指针:void f(int a[]) 实际等价 void f(int *a)
  • 想在函数里修改“实参指针”的指向,就要传 T**void init(T **out) { *out = ...; }

九、常见陷阱清单(高频踩坑,逐个摘掉)

  1. 未初始化的野指针int *p; *p = 1; —— 未定义行为。务必初始化为 NULL 或有效地址。
  2. 返回局部地址int* f(){ int x; return &x; } —— 离开栈帧即悬垂。
  3. 忘括号导致类型变化int *p[3]int (*p)[3] 天差地别。
  4. void** 不是“万能适配器”:不同具体类型的二级指针不可随意混用,会破坏类型安全。
  5. const 传播不当:避免把“指向只读”的地址赋给“指向可写的二级指针”。
  6. 错用 sizeofmalloc(n * sizeof *p)malloc(n * sizeof(int)) 更稳(跟随类型变更)。
  7. 释放顺序错误:分配了多块就要按相反顺序逐块 free
  8. 以为“星多更快”:多级指针是语义需要,不是性能优化手段。

十、把复杂声明“拆皮”

当你面对怪兽级声明时,采用三步走:

  1. 锁定名(变量名/函数名)。
  2. 就近优先处理 [](),用括号强制结合。
  3. 沿类型向外扩,读出“指向…的指针”、“返回…的函数”等短语,直到还原完整语义。

配合这个流程,任何“int *(*x[3])(double)”之类的声明,也能读顺:

  • x[3]:x 是 3 个元素的数组;
  • (*x[3])(double):数组元素是“指向函数的指针”,函数参 double
  • int *(*x[3])(double):函数返回 int*

十一、微练习(附简答)

1)写出“指向函数的指针,该函数参数为 const char*,返回 size_t”: 参考size_t (*pf)(const char*);

2)写出“数组指针,指向含 16 个 double 的数组”: 参考double (*pa)[16];

3)写出“指向只读 int 的常量二级指针”: 参考int const * const *pp;

4)实现 bool try_alloc(int n, int **out),成功返回 true,失败保持 *out==NULL参考

#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>

bool try_alloc(int n, int **out) {
    *out = NULL;
    int *p = malloc(n * sizeof *p);
    if (!p) return false;
    *out = p;
    return true;
}

收束

  • 星号与变量名绑定,多变量声明时每个都写 *
  • 括号改变结合,用 Right-Left 思维读声明。
  • 多级指针是语义工具:改外部指针、表达二维/链式结构、对接接口。
  • const 分层贴靠,警惕只读性丢失。
  • 写代码时优先“可读的意图”:必要时用 typedef 给复杂声明取一个好名字,减少心智负担。

把这些规则装进你的肌肉记忆,指针声明就再也不可怕了。

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