【C语言】特殊指针汇总

前言

C语言的指针有多种类型，除了常用的那几类之外我们还有多种特殊指针会使用到，接下来我会介绍一下四种特殊指针，特别是空指针和野指针，在实际的编程中会经常遇到。

空指针

空指针（Null Pointer）是一种特殊的指针，它不指向任何有效的内存地址。在C语言中，空指针通常用于表示一个无效的指针。

在C语言中，空指针可以通过以下方式定义：

int *ptr = NULL; // 使用NULL宏定义空指针

NULL是一个宏，通常定义为((void*)0)，表示一个空指针常量。

常见用途

初始化指针：在声明指针时，将其初始化为空指针，以确保在后续代码中可以安全地检查和使用该指针。
动态内存分配失败处理：在动态内存分配（如使用malloc、calloc等函数）时，如果分配失败，这些函数会返回空指针。这时需要检查并处理这种情况。
函数参数：在函数中使用指针作为参数时，可以使用空指针来表示某些特殊情况，比如没有数据或不需要传递数据。

注意事项

避免解引用空指针：解引用空指针会导致未定义行为，通常会导致程序崩溃。因此，在使用指针之前一定要检查其是否为空。
释放内存后置空：在释放动态分配的内存后，将指针置为空指针可以避免悬挂指针（Dangling Pointer）问题，即指针仍然指向已释放的内存区域。
初始化指针：在声明指针时尽量将其初始化为空指针，这样可以确保在使用前进行有效性检查。

野指针

野指针（Dangling Pointer）是指向没有初始化的指针，声明了一个指针但没有初始化它，导致它指向一个未知的内存地址。

代码示例

未初始化的指针

int *ptr; // 未初始化的指针
*ptr = 10; // 解引用未初始化的指针，会导致未定义行为

悬空指针

悬空指针（Dangling Pointer）是指向已经被释放或无效内存地址的指针。在C语言中，悬空指针通常由以下几种情况引起：

释放后的指针：指针指向的内存已经被释放，但指针本身没有被置为空指针。
超出作用域的局部变量：指针指向一个已经超出其作用域的局部变量。
数组越界访问：指针指向数组的非法位置。

示例代码

释放后的指针

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

int main() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (ptr == NULL) {
        printf("Memory allocation failed.\n");
        return -1;
    }
    *ptr = 42;
    free(ptr); // 释放内存
    // 此时ptr成为悬空指针，因为它指向的内存已经被释放
    *ptr = 50; // 使用已释放的内存，会导致未定义行为
    return 0;
}

超出作用域的局部变量

#include <stdio.h>

void func() {
    int localVar = 10;
    int *ptr = &localVar; // 指向局部变量的指针
}

int main() {
    int *ptr;
    func();
    // ptr = &localVar; // 错误：localVar超出了作用域，ptr成为悬空指针
    return 0;
}

数组越界访问

#include <stdio.h>

void func() {
    int localVar = 10;
    int *ptr = &localVar; // 指向局部变量的指针
}

int main() {
    int *ptr;
    func();
    // ptr = &localVar; // 错误：localVar超出了作用域，ptr成为悬空指针
    return 0;
}

如何避免悬空指针

避免返回局部变量的地址：确保指针不要指向已经销毁的局部变量。
使用动态内存分配：如果需要返回指针，确保返回指向动态分配内存的指针，直到手动释放内存。

万能指针

万能指针是指不指定指向数据类型的指针，它使用 void 类型来声明。void* 类型的指针可以指向任何类型的数据，但它不能直接解引用，因为没有具体的数据类型。

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