C语言指针运算

指针运算主要包括指针与整数的加减法、指针的自增与自减运算、指针与指针的减法以及指针的关系运算 。指针运算可以让开发者能够更加灵活、高效地操控内存。

指针与整数的加减法

指针与整数的加减法是指针运算中最基本的操作。当指针与一个整数相加时，指针会根据其所指向的数据类型的大小向前移动相应的字节数 。例如，假设指针p指向一个int类型的数组：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;

这里arr是一个包含 5 个元素的整型数组，p是指向arr首元素的指针。如果执行p + 2，那么p现在指向arr[2]，因为int类型通常占用 4 个字节，所以p + 2表示将指针向前移动了2 * 4 = 8个字节 。同样地，如果执行p - 1，则p会指向arr[0]的前一个位置（前提是这个位置是合法的内存地址）。
这种运算规则在遍历数组时非常有用。我们可以通过不断地将指针加上 1，来依次访问数组中的每个元素 。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d ", *p); // 输出当前指针指向的元素
p++; // 指针指向下一个元素
}

这段代码通过指针p遍历了整个数组arr，并输出了每个元素的值。在实际应用中，这种方式比使用数组下标访问元素更加灵活，尤其是在一些复杂的数据结构和算法中。

指针的自增与自减运算

指针的自增（++）和自减（--）运算可以看作是指针与整数加减法的一种特殊形式 。自增运算会使指针指向下一个元素，自减运算会使指针指向上一个元素 。这两个运算符又分为前置和后置两种形式，它们的区别在于运算符的位置和运算顺序。
前置自增（++p）和前置自减（--p）运算符会先对指针进行自增或自减操作，然后再返回指针的值 。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;
printf("%d ", *(++p)); // 先将p自增，然后输出p指向的元素，即arr[1]的值2

后置自增（p++）和后置自减（p--）运算符则会先返回指针的值，然后再对指针进行自增或自减操作 。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;
printf("%d ", *p++); // 先输出p指向的元素，即arr[0]的值1，然后将p自增

利用指针的自增和自减运算，可以实现更加简洁高效的数组操作。比如在遍历数组时，使用p++可以在每次循环中自动将指针移动到下一个元素，代码更加紧凑：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;
while (p < arr + 5) {
printf("%d ", *p++); // 输出当前元素并将指针自增
}

指针与指针的减法

当两个指针相减时，得到的结果是它们之间的元素个数，而不是它们所指向的具体数值之差 。具体来说，两个指针相减的结果是一个整数值，表示两个指针之间相差的元素个数，而不是它们所指向的元素值之差 。这种操作常用于计算数组中两个元素之间的距离或在某些情况下确定数组中的偏移量。
考虑一个示例，假设有一个整型数组arr，两个指针p1和p2分别指向数组中的某个元素 。那么p2 - p1的结果将是一个整数，表示p2指向的元素在数组中相对于p1指向的元素的位置偏移量 。例如：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p1 = arr;
int *p2 = &arr[3];
int distance = p2 - p1;
printf("两个指针之间的距离：%d\n", distance); // 输出：两个指针之间的距离：3

在这个例子中，p2指向arr[3]，p1指向arr[0]，p2 - p1的结果为 3，表示p2和p1之间相差 3 个int类型的元素。
需要注意的是，两个指针相减的前提是它们指向同一数组中的元素，否则结果是未定义的 。此外，对于指向不同类型的指针相减，其结果取决于指针类型的大小 。

指针的关系运算

指针可以进行比较运算，包括相等（==）、不相等（!=）、小于（<）、大于（>）、小于等于（<=）和大于等于（>=） 。指针的比较通常是基于它们所指向的内存地址的顺序进行的 。如果一个指针指向的内存地址小于另一个指针指向的内存地址，则前者被认为小于后者 。
例如，在一个数组中，我们可以使用指针的关系运算来控制循环，判断指针是否已经到达数组的末尾 。如下代码展示了如何利用指针关系运算来遍历数组：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr;
while (p < arr + 5) {
printf("%d ", *p);
p++;
}

在这个例子中，while (p < arr + 5)条件判断指针p是否指向数组arr的末尾，如果没有到达末尾，则继续循环，输出当前指针指向的元素并将指针自增 。
指针的关系运算还可以用于判断指针是否指向特定位置，例如判断一个指针是否为空指针（NULL），可以使用if (p == NULL)来进行判断 。

指针运算常见错误

指针越界访问

错误表现‌：指针算术运算后超出合法内存范围（如数组越界）‌。

int arr = {1, 2, 3};
int *p = arr;
*(p + 3) = 4; // 越界访问，未定义行为

‌解决方法‌：确保指针运算后仍指向合法内存区域，或通过条件判断限制访问范围‌。

指针类型不匹配导致步长错误

int arr‌ = {1, 2, 3};
char *p = (char*)arr;
p++; // 移动1字节（而非4字节），可能破坏数据对齐

解决方法‌：确保指针类型与操作对象类型严格匹配‌。

函数参数传递导致指针修改失效

错误表现‌：试图通过函数参数修改指针指向时，未使用二级指针，导致修改无效‌。

void func(int *p) { p = malloc(sizeof(int)); } // 错误：形参修改不影响实参
int main() {
int *ptr = NULL;
func(ptr); // ptr仍为NULL
}

指针与整数混淆运算
‌

int *p = arr;
p = p + 5; // 合法：移动5个int长度
p = (int*)((char*)p + 5); // 危险：可能破坏对齐

指针运算需严格关注‌类型匹配‌、‌内存边界‌及‌有效性校验‌，避免越界、野指针和类型混淆问题‌。