C 语言指针进阶：函数指针、动态内存与二级指针
1. 返回指针的函数与动态内存管理
函数的返回值不仅可以是基本类型，也可以是指向某块内存的地址。其声明形式为：
int* create_buffer(size_t n);在堆上申请内存通常使用 malloc 或 calloc，释放使用 free。使用这些函数前需要包含头文件 <stdlib.h>。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int* create_buffer(size_t n)
{
int* p = (int*)malloc(n * sizeof(int));
if (p == NULL) {
return NULL;
}
for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
p[i] = (int)i;
}
return p;
}
int main(void)
{
size_t len = 5;
int* buf = create_buffer(len);
if (buf == NULL) {
return 1;
}
for (size_t i = 0; i < len; ++i) {
printf("%d ", buf[i]);
}
putchar('\n');
free(buf);
buf = NULL;
return 0;
}使用堆内存时的注意事项：
free的实参必须是malloc、calloc或realloc返回的首地址，不要先移动该指针再释放，否则会导致未定义行为甚至程序崩溃。- 同一块堆内存只能释放一次，重复释放属于未定义行为。
- 释放后建议将指针置为
NULL，避免产生野指针。
realloc 用于扩容或收缩已分配的内存。如果扩容失败，原内存块仍然有效。
int* grow_buffer(int* old, size_t old_len, size_t new_len)
{
if (new_len <= old_len) {
return old;
}
int* tmp = (int*)realloc(old, new_len * sizeof(int));
if (tmp == NULL) {
return old;
}
for (size_t i = old_len; i < new_len; ++i) {
tmp[i] = 0;
}
return tmp;
}calloc 会分配 count * size 个字节，并将所有字节初始化为 0：
int* zero_buffer(size_t n)
{
return (int*)calloc(n, sizeof(int));
}2. 函数指针与回调函数
函数指针用于保存函数的入口地址，定义形式如下：
int (*pf)(int, int);pf 是一个指针变量，指向返回 int 并接受两个 int 参数的函数。赋值时只需写函数名，调用时用 (*pf) 或直接用 pf 代替函数名即可。
#include <stdio.h>
int add(int a, int b) { return a + b; }
int multiply(int a, int b) { return a * b; }
int main(void)
{
int (*pf)(int, int);
pf = add;
printf("%d\n", pf(3, 4));
pf = multiply;
printf("%d\n", pf(3, 4));
return 0;
}函数指针最常见的用途之一是实现回调函数，从而提高代码的通用性。下面的示例根据"键值函数"对数组进行排序：
int square(int n) { return n * n; }
int identity(int n) { return n; }
void sort_by_key(int* arr, size_t len, int (*key)(int))
{
for (size_t i = 0; i + 1 < len; ++i) {
for (size_t j = i + 1; j < len; ++j) {
if (key(arr[i]) > key(arr[j])) {
int tmp = arr[i];
arr[i] = arr[j];
arr[j] = tmp;
}
}
}
}3. 指针数组
指针数组的每个元素都是指针。定义方式如下：
const char* colors[] = {"red", "green", "blue"};由于 [] 的优先级高于 *，上述声明先构成数组，再说明数组元素为指向字符串常量的指针。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
const char* colors[] = {"red", "green", "blue"};
size_t count = sizeof(colors) / sizeof(colors[0]);
printf("元素个数: %zu\n", count);
printf("单个指针大小: %zu\n", sizeof(colors[0]));
printf("首字符串长度: %zu\n", strlen(colors[0]));
for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
puts(colors[i]);
}
return 0;
}4. 指向指针的指针与参数传递
二级指针保存的是指针变量的地址，声明形式如下：
int x = 10;
int* p = &x;
int** pp = &p;二维数组作为函数参数时，实参退化为指向一维数组的指针；指针数组作为函数参数时，实参通常退化为指向指针的指针。下面给出两种常见写法：
#include <stdio.h>
void show_matrix(int (*m)[4], size_t rows)
{
for (size_t i = 0; i < rows; ++i) {
for (size_t j = 0; j < 4; ++j) {
printf("%d ", m[i][j]);
}
putchar('\n');
}
}
void show_names(const char** names, size_t n)
{
for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
puts(names[i]);
}
}
int main(void)
{
int mat[3][4] = {
{1, 2, 3, 4},
{5, 6, 7, 8},
{9, 10, 11, 12}
};
show_matrix(mat, 3);
const char* names[] = {"Alice", "Bob", "Charlie"};
show_names(names, sizeof(names) / sizeof(names[0]));
return 0;
}