一、内存、地址
书上说：指针是C语言的精华。在C语言中，数据类型除了整型int、实型float/double、字符型char等之外，还有一种特殊的指针类型（简称指针），变量的内存地址称为变量的指针。就好比汉宜公路的荆州段、318国道的湖北段，类似一个路标。
1、内存
何为内存？都说CPU是计算机的大脑，没错，那内存就是大脑工作的辅助场所。计算机运行时，数据会临时存放在内存中，断电后消失。我们可以把CPU比作工厂里的加工机器，那内存就是工作车间。机器运转中产生各种原材料、中间件、半成品等都临时堆放在车间里，随用随取。如果车间太小，就会借用仓库来周转（仓库相当于计算机里的硬盘，数据不会因为停电而消失，但运行速度比内存慢很多）。仓库的原材料需要先拉入车间（载入内存），才能加工，这样效率就慢很多，所以内存越大越好（当然也越贵）。【为了进一步提高效率，CPU还自带缓存（相当于机器内部的储物格），缓存速度快于内存。这个暂不说。】
2、内存地址
内存太大，乱堆乱放可不好，如何有序管理？答案是：内存会以字节为单位（字节是最小的存储单位），划分为多个连续的存储单元，并且为每个字节默认设置一个对应的编号，这个编号就是内存地址。就好象车间里，机器两边摆满储物格，这些储物格大小一致，每格一编号，比如左边第3排第5格，编号010305。又好象中药铺里的存放中药的小格子编号一样。
程序在运行过程中，总是会涉及到这样的那样的变量（比如：int i=0,a=2;char b='a',c;float x,y;),因为变量可以在运行过程中动态传递数据，使问题的解决变得简单。这些变量类型不一，长短不一，程序初始化时会在内存中划出一块地盘，将这些变量规划排列以及赋值，以方便在程序运行过程中快速准确提取调用或更改。在这张初始表中，不再是i=0、a=2、b='a'，而是：地址①的值=0、地址②=2、地址③='a'（这个等于实际上是地址所指内存的值），变量i、a、b变成了三个地址，自身消失。所以变量名取长取短不影响编译及执行效率。程序在初始化时，将变量名转化为内存地址，为指针的运用创造了条件。
3、内存地址的本质
内存地址是计算机系统中用于标识内存中特定存储位置的唯一编号，它属于硬件层面的信号机制。
地址生成机制：内存地址由CPU通过程序计数器(PC)、基址寄存器等生成，并通过地址总线传输到内存控制器。CPU将虚拟地址发送给MMU（内存管理单元），由MMU转换为物理地址后访问实际内存。[程序虚拟地址] → [MMU转换] → [物理地址] → [内存控制器解码] → [实际存储单元]
硬件实现：地址总线是单向的，专门用于传输地址信号，其宽度决定了CPU的寻址能力（如32位地址总线可寻址4GB空间）。
若将CPU的地址生成单元、内存控制器等视为"上级电路"，则内存地址确实由这些上级电路产生和控制，它总是优先于内存操作。
4、对变量地址的操作理解
变量名前面加“&”，就代表地址，&a就是地址。操作一下：
通常我们声明一个变量，如果不赋值，会出现莫名其妙的数字（上图第一句），这是程序初始化内存的情况。可以通过%x或%p转变为十六进制查看（第2、3句），两者的区别就%p为地址专用格式，前面的0不能省，而%x是取的值（第4、5句）。如果要查看变量地址，需要用到“%p”和“&变量名”输出格式（第4-7句）。
从上图可以看到，当变量赋值后，内存里存放的数据改变了，变量a的值从2130567168变成了1，用十六进制表示从7efde000变成了1。而变量a的地址始终是0028FF44。变量b的地址0028FF40，变量c的地址0028FF3C。从三个地址编号可以发现，a放在高位（地址数大），b、c依次往前（地址数变小），即变量地址顺序：从后向前排列。还可以发现，地址数之差为4，即int变量长度为4。变量赋值后其地址不会改变。
我们再定义几个变量，可以肯定：变量排序从后向前；char变量占1个字节，int、float变量占4个字节，double变量占8个字节。
变量代表内存中具有特定属性的一个存储单元。它是一个地址和一个值的统称。
二、指针的定义、引用
1、指针定义
变量前面加个“*”，就成了指针。指向谁？用p=&a,表示指向变量a的地址。如下：
指针本身也是变量，也会分配内存地址，上图指针p、q分别拥有自己的地址0028FF3C、0028FF34。当指针指向变量名后，它的地址对应的内存所存的内容为：变量名的地址。图中指针p的内容为0028FF44，为变量a的地址；指针q保存变量d的地址。
各种类型的指针长度，为4个字节：
当声明了字符变量（一个字节）后，再声明指针，指针地址不会紧挨着，会留有空余（4的倍数）：
变量b与指针q之间有7个字节，留有3字节的空地址：
指针q的地址一直都是0028FF38。字符变量的定义充分利用内存。
为避免出现野指针（指向不明），可用*p=NULL;（暂定为空指针）。
2、指针引用
如果声明了指针p=&a，则：*p=a表示a的内容，而p则表示自己的内容，存的地址。
加“*”的指针与普通变量同等运算；不加*的指针只能与不加*的其它指针运算，或直接加减数字，int类型，一个1代表4个字节。如下：
3、数组与指针
数组名代表首地址，可视着第一个指针。数组地址：数组名+数。a+2表示a[2]的地址，a表示a[0]的地址，这与指针异曲同工啊。如下：
地址、指针前面加“*”，表示该地址对应的取值。
数组地址排列规律。如下：
a和b相距8字节。
a和b相距16字节，大于8字节不足16字节，以16计算。
a和b相距32字节。以16为倍数进行预留。
a和b相距48字节。还是16步进。
定义int数组时，以4的倍数进行地址预留排列，b[3]按b[4]预留，b[5]按b[8]预留。
再看看字符型数组：
看起来正常，改变一个长度，如下：
这个数组b到a预留是30字节，跳了很多，规律不详。
4、字符指针
可以直接定义，如下：
指针处理字符串，似乎是个不错的选择。但这样定义，似乎不能修改单个值，举例如下：
从地址排列上看，0040跑到远端去，离0028太远，不好修改。我们用数组过渡一下：
p++使用后，指针首地址的重新定位，加深理解。
字符指针作为函数参数，完成字符串的复制：
上面把数组名当作指针，传给函数，函数操作完后，直接调用数组即可。
5、指针的跳变
int指针4个字节一跳变，即执行p++；地址增加4字节；而char指针则是一字节一跳变。
由此我们得到变量、地址、内存值的排列如下：
6、指针与函数参数
C定义的函数居然不能返回多个值，如下：
通过传递指针参数，就可以解决多个值同时变化。
指针函数调用改变数组的值，举例如下：
上面这样的函数调用没有任何意义（没有发生），换成指针才行：
三、指针进阶
1、二级指针
从前面我们知道，指针本身也分配地址，所对应内存存放变量的地址，此为一级指针，如下：
一级指针(Type*)：存储普通变量的地址（如int* p指向int变量）
二级指针(Type**)：存储一级指针的地址（如int**pp; pp指向int* p）
二级指针取值，一颗星取一级指针的值（地址）；两颗星才能取到变量的值，如下：
定义二级指针当作一级指针使用：
二级指针的主要应用场景：动态内存管理malloc();函数内修改外部指针；复杂数据结构操作（树形结构的节点操作、哈希表实现、多级间接访问需求场景）；参数传递优化（避免大数组拷贝、多字符串处理）。
2、指针数组
指针数组是一种特殊的数据结构，它是一个数组，其中每个元素都是一个指针变量。在C/C++中，指针数组的定义形式为：类型 *数组名[大小]。运算符优先级决定了[]的优先级高于*，因此先构成数组特性。
指针数组的特点
①本质是数组：指针数组首先是一个数组，其次它的元素都是指针类型。
②元素存储指针：每个数组元素存储的是一个内存地址，指向特定类型的数据。
③内存占用：在32位系统中，每个指针元素占4个字节；在64位系统中占8个字节。
④灵活性：可以独立管理每个指针指向的内存区域。
指针数组的应用场景
①字符串数组处理：存储多个字符串的首地址，常用于命令行参数处理。
②动态内存管理：管理多个动态分配的内存块地址。
③函数指针数组：存储多个函数的入口地址，实现回调机制。
④多级数据结构：构建树、图等复杂数据结构的节点关系。
先看看整形变量指针数组，如下：
由4个指针构成的数组，数组的值是变量地址。
但要注意指针数组本身还分配地址，长度为4个单位：
我们把其中一个变量换成数组：
并不能全部输出，数组只输出首个。查看地址发生了跳跃：
可以看出，数组地址预留了6个数据位（本身3个），6*4=24字节，要想全部输出，可以加上数组内部指针的变化：
再来看看字符型指针数组：
把单个字符换成数组或指针：
直接定义在一起，看看地址的变化：
记录的内存地址发生了转移，跳到了0040高端。它的排列是不留缝隙，一个挨一个，每个字符串后加个“\0”结束，很连续。
一般为方便操作，用二级指针访问。
与一级指针访问数组类似，只是多了一级。注意访问单个值用**pp；访问一串用*pp（与%s配合使用）。可以发现，指数数组使多个字符串的操作变得简单。比如：
到此，考题设计又多了一个新方法，用字符型指针数组。
3、内存分配malloc（）
格式：（类型 *）malloc（字节数）；
说明：分配指定字节数的内存空间，转换为指定类型，返回指针。举例：
虽然定义了100个长度，实际上只用了36个。如果定义少了，也是可以的，它是自动加长的，正所谓动态，如下：
来段int型代码：
可以看出，动态分配自由扩充数组长度，且不能通过sizeof获取长度。分配长度也只是象征性的。
内存释放free()
格式：free(p)；养成好习惯，及时释放内存空间。
4、二级指针操作内存
二级指针操作内存，用于多个字符串，比如：
此二级指针相当于一个二维数组。看一个int例子：
是不是象标准的二维数组？二级指针与数组的混合玩法。
二级指针使用注意事项
①内存管理：多级指针释放应从内到外：先释放内容指针，再释放容器指针；动态分配后必须检查分配是否成功。
②空指针检查：解引用前必须验证指针有效性；函数参数应检查二级指针是否为NULL。
③ 类型安全：确保各级指针类型匹配；避免不同类型指针间的强制转换。
④内存边界：指针运算时防止越界访问；数组操作时确保索引有效。
⑤初始化问题：未初始化的二级指针是野指针；建议初始化为NULL便于检查。
5、二级指针作为函数参数
我们先看指针赋值：
赋值用数组形式arr[i]=i*10；也是可以的。
当我们把它放进函数里，就不行了：
为什么不行？因为这时用到了二级指针：**arr代表二级指针，所以*arr或*(arr+1)代表地址，不是值。如果不用二级指针也是可以的，如下：
我们再回到二级指针的函数，这里需要用到数组指针。如下：
6、数组指针
数组指针是指向数组的指针，它与普通指针有以下关键区别：
①类型定义：数组指针的类型包含数组长度信息，如int (*ptr)[5]表示指向包含5个int元素的数组的指针；
②指针运算：数组指针加减1会移动整个数组大小的字节数，而非单个元素大小；
③解引用方式：解引用数组指针会得到整个数组，而非单个元素。
数组指针与指针数组的区别，这是两个容易混淆但完全不同的概念：
数组指针：int (*ptr)[5] -指向数组长度为5的指针
指针数组：int *arr[5] -包含5个指针的数组
操作一下：
看得出，这个长度[4]在一维输出里并不重要，超出也是可以的。从输出看，(*ptr)相当于数组，也不奇怪。再看它的变化：
可以看出，数组指针相当于一个二级指针，(*ptr)代表取值，取[i]的值；*ptr代表第0个地址，*(*ptr+i)代表取值。
数组指针更多用于二维数组（方阵），举个例子：
它有多种方式引用，实际上，a+i == p+i，a[i] == p[i] == *(a+i) == *(p+i)，a[i][j] == p[i][j] == *(a[i]+j) == *(p[i]+j) == *(*(a+i)+j) == *(*(p+i)+j)。
可以看出，i变化1，指针跳了4格，就是(*p)[4]定义的长度，意思是每行里有4个列输出，二维数组里的第二维，即j的变化。
看看一维数组的二维输出，先输出第一行：
再输出第3行：
这时候的定义长度[3]发挥了作用，它定位到第7个，前面空了6（2个3）。可以得到一维数组的矩阵输出：
再看看函数调用：
出现了警告，我们把函数也变成指针形式：
int (*allocate_2d_array(int rows,int cols))[]{...｝
警告消除了。我们再添加一个打印函数：
可以看出，在打印函数里可以改变输出时的列数，而不在乎原矩阵的形状。本例实现了3*4转4*3的矩阵变化。
7、指针函数与函数指针
指针函数（Pointer function）是指返回值为指针类型的函数，本质上是一个函数，但其返回值是一个地址值。定义格式为：类型名 *函数名(函数参数列表)。看个例子：
函数指针是指向函数的指针变量，它存储了函数在内存中的入口地址。与普通指针不同，函数指针指向的是可执行代码而非数据。
格式为：返回值类型 (*指针变量名)(参数类型列表);例子：
与普通指针的区别：
指向内容：函数指针指向代码段而非数据段。
运算限制：不能进行指针算术运算。
调用方式：通过指针可以直接调用函数。
大小：在32位系统中通常占4字节，64位系统中占8字节。
8、双指针
双指针是一种广泛应用于数组、链表等数据结构中的高效算法技巧，通过维护两个指针来优化遍历过程。类型：
对撞指针（相向双指针）：两个指针分别从序列两端向中间移动，常用于有序数组的查找问题。
快慢指针（同向双指针）：两个指针以不同速度向同一方向移动，常用于链表环检测等问题。
背向指针：两个指针从中间向两端移动，常用于查找回文子串等问题。
分离双指针：两个指针分别属于不同的数组或链表。
典型应用场景
①数组操作
移动零：将数组中的零元素移动到末尾，保持非零元素相对顺序。
两数之和：在有序数组中找出两个数使它们的和等于目标值。
三数之和：找出数组中三个数使它们的和等于目标值。
移除元素：原地删除数组中特定值的元素。
②链表操作
检测环：判断链表中是否存在环。
寻找中间节点：找到链表的中间节点。
删除倒数第n个节点：删除链表中倒数第n个节点。
③字符串处理
反转字符串：原地反转字符串。
判断回文串：判断字符串是否为回文。
反转元音字母：反转字符串中的元音字母。
举个例子，给定一个字符串，前后反转，如下：
再来个例子，删除数组中的指定值，如下：
慢指针指到有效位，原数组依然长为15，有效位以后的数还是老样子：
