C 语言指针数组

C语言指针数组[编辑 | 编辑源代码]

指针数组是C语言中一种特殊的数组类型，其元素均为指针。这种数据结构在需要管理多个指针时非常有用，特别是在处理字符串数组、动态内存分配和多维数组模拟等场景中。

基本概念[编辑 | 编辑源代码]

指针数组的定义形式为：

数据类型 *数组名[数组长度];

其中：

数据类型：指针所指向的数据类型
数组名：指针数组的名称
数组长度：数组中指针的数量

基本示例[编辑 | 编辑源代码]

下面是一个简单的指针数组示例，存储多个整数的地址：

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10, b = 20, c = 30;
    int *ptr_arr[3];  // 声明一个包含3个int指针的数组
    
    ptr_arr[0] = &a;
    ptr_arr[1] = &b;
    ptr_arr[2] = &c;
    
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("ptr_arr[%d] = %p, *ptr_arr[%d] = %d\n", 
               i, ptr_arr[i], i, *ptr_arr[i]);
    }
    
    return 0;
}

输出示例：

ptr_arr[0] = 0x7ffd4a3b5a1c, *ptr_arr[0] = 10
ptr_arr[1] = 0x7ffd4a3b5a20, *ptr_arr[1] = 20
ptr_arr[2] = 0x7ffd4a3b5a24, *ptr_arr[2] = 30

字符串指针数组[编辑 | 编辑源代码]

指针数组最常见的应用之一是存储字符串，因为字符串本身就是字符数组的指针：

#include <stdio.h>

int main() {
    char *names[] = {"Alice", "Bob", "Charlie", "David"};
    int count = sizeof(names)/sizeof(names[0]);
    
    for(int i = 0; i < count; i++) {
        printf("Name %d: %s\n", i+1, names[i]);
    }
    
    return 0;
}

输出：

Name 1: Alice
Name 2: Bob
Name 3: Charlie
Name 4: David

指针数组与二维数组的区别[编辑 | 编辑源代码]

虽然指针数组可以模拟二维数组的行为，但它们有本质区别：

特性	指针数组	二维数组
内存布局	不连续	连续
每行长度	可以不同	必须相同
内存分配	可以动态分配	通常是静态分配

动态内存分配[编辑 | 编辑源代码]

指针数组常与动态内存分配结合使用：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int **matrix;
    int rows = 3, cols = 4;
    
    // 分配行指针
    matrix = (int **)malloc(rows * sizeof(int *));
    
    // 为每行分配列
    for(int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int *)malloc(cols * sizeof(int));
    }
    
    // 初始化并打印
    for(int i = 0; i < rows; i++) {
        for(int j = 0; j < cols; j++) {
            matrix[i][j] = i * cols + j;
            printf("%2d ", matrix[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
    
    // 释放内存
    for(int i = 0; i < rows; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
    
    return 0;
}

输出：

 0  1  2  3 
 4  5  6  7 
 8  9 10 11

高级应用：函数指针数组[编辑 | 编辑源代码]

指针数组也可以存储函数指针，这在实现状态机或回调机制时非常有用：

#include <stdio.h>

void func1() { printf("Function 1 called\n"); }
void func2() { printf("Function 2 called\n"); }
void func3() { printf("Function 3 called\n"); }

int main() {
    void (*func_ptr_arr[])() = {func1, func2, func3};
    int choice;
    
    printf("Enter a number (1-3): ");
    scanf("%d", &choice);
    
    if(choice >= 1 && choice <= 3) {
        func_ptr_arr[choice-1]();
    } else {
        printf("Invalid choice\n");
    }
    
    return 0;
}

数学表示[编辑 | 编辑源代码]

指针数组可以表示为： $P = {p_{0}, p_{1}, . . ., p_{n - 1}}$ 其中每个 $p_{i}$ 都是一个指针，满足： $\forall p_{i} \in P, p_{i} : ℕ \to T$ $T$ 是目标数据类型。

实际应用场景[编辑 | 编辑源代码]

1. 命令行参数处理：main(int argc, char *argv[])中的argv就是一个字符串指针数组 2. 菜单系统实现：存储菜单项及其对应的处理函数 3. 多态模拟：在C中模拟面向对象的多态行为 4. 稀疏矩阵存储：只存储非零元素的指针

常见错误与注意事项[编辑 | 编辑源代码]

1. 未初始化的指针数组元素可能导致段错误 2. 混淆指针数组和数组指针（int (*arr)[10] vs int *arr[10]） 3. 内存泄漏：动态分配的指针数组需要逐元素释放 4. 越界访问：与其他数组一样，指针数组也有边界限制

性能考虑[编辑 | 编辑源代码]

访问时间：与普通数组相同，O(1)随机访问
内存开销：需要额外存储指针本身
缓存效率：指针间接寻址可能导致缓存不命中

通过理解指针数组的概念和应用，C程序员可以更灵活地处理复杂的数据结构和内存管理任务。