C语言指针专题四 -- 多级指针

目录

1. 多级指针的核心原理

1. 多级指针的定义

2. 内存结构示意图

3. 多级指针的用途

2. 编程实例

实例1：二级指针操作（修改一级指针的值）

实例2：动态二维数组（二级指针）

实例3：三级指针操作（修改二级指针的值）

3. 多级指针的常见陷阱

4. 总结

1. 多级指针的核心原理

多级指针（如二级指针、三级指针）本质是 指向指针的指针，用于间接访问或修改其他指针的值。通过多级指针可以构建复杂的内存结构（如动态多维数组、链表中的指针传递等）。

1. 多级指针的定义

• 二级指针：存储一级指针的地址。

int a = 10;
int *p = &a;     // 一级指针，指向int变量
int **pp = &p;   // 二级指针，指向int*指针

• 三级指针：存储二级指针的地址。

int ***ppp = &pp;  // 三级指针，指向int**指针

2. 内存结构示意图

栈内存布局：
+------+       +------+       +------+
| ppp  | ----> | pp   | ----> | p    | ----> a (值=10)
+------+       +------+       +------+
地址：0x1000    地址：0x2000    地址：0x3000    地址：0x4000

• 定义另一个指针变量pps，并且把指针数组的首地址赋予指针pps。char *ps[5]={……}; char ** pps = ps; 如图所示

3. 多级指针的用途

• 动态创建多维数组：通过二级指针管理动态二维数组。

• 函数内修改外部指针：通过传递指针的指针，修改原始指针的值。

• 复杂数据结构：如链表、树结构中管理节点指针的指针。

2. 编程实例

实例1：二级指针操作（修改一级指针的值）

#include <stdio.h>

// 函数：修改外部指针的指向
void changePointer(int **pp) {
    int b = 20;
    *pp = &b;  // 通过二级指针修改一级指针的指向
    // 注意：此处b是栈变量，函数返回后其内存可能被覆盖！
}

int main() {
    int a = 10;
    int *p = &a;
    printf("Before: *p = %d\n", *p); // 输出10

    changePointer(&p);  // 传递指针的地址
    printf("After: *p = %d\n", *p);  // 输出20（实际存在风险，b已失效）
    return 0;
}

 输出（实际可能因编译器优化不同）：

Before: *p = 10
After: *p = 20

警告：此示例中，changePointer函数内修改p指向栈变量b，函数返回后b的内存可能被回收，导致p成为野指针。正确做法应动态分配内存。

实例2：动态二维数组（二级指针）

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

int main() {
    int rows = 3, cols = 4;
    int **matrix;  // 二级指针

    // 动态分配行指针数组
    matrix = (int**)malloc(rows * sizeof(int*));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        matrix[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));  // 分配每行内存
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            matrix[i][j] = i * cols + j;  // 初始化数据
        }
    }

    // 打印二维数组
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < 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 

内存示意图：

二级指针matrix（堆内存）     各行数据（堆内存）
+--------+                +-----+-----+-----+-----+
| 0x1000 | ------> 行0 -->| 0   | 1   | 2   | 3   |
+--------+                +-----+-----+-----+-----+
| 0x1008 | ------> 行1 -->| 4   | 5   | 6   | 7   |
+--------+                +-----+-----+-----+-----+
| 0x1010 | ------> 行2 -->| 8   | 9   | 10  | 11  |
+--------+                +-----+-----+-----+-----+

实例3：三级指针操作（修改二级指针的值）

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

void createMatrix(int ***ppp, int rows, int cols) {
    *ppp = (int**)malloc(rows * sizeof(int*));  // 分配行指针数组
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        (*ppp)[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(int));  // 分配每行内存
        for (int j = 0; j < cols; j++) {
            (*ppp)[i][j] = i + j;  // 初始化数据
        }
    }
}

int main() {
    int **matrix = NULL;  // 二级指针初始化为空
    int rows = 2, cols = 3;

    // 通过三级指针传递，动态创建二维数组
    createMatrix(&matrix, rows, cols);

    // 打印数据
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        for (int j = 0; j < 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 
 1  2  3 

3. 多级指针的常见陷阱

1. 野指针风险

int **pp;
*pp = (int*)malloc(sizeof(int));  // 错误！pp未初始化，指向随机地址。

防御：确保多级指针指向合法内存后再操作。

2. 内存泄漏

int **matrix = malloc(3 * sizeof(int*));
// 忘记释放matrix和每行的内存！

防御：逐层释放内存，顺序为先释放子内存，再释放父指针。

3. 越级解引用

int a = 10;
int **pp = &a;  // 错误！pp应为int**类型，但&a是int*类型。

 防御：严格匹配指针层级和数据类型。

4. 总结

核心规则：

• 层级匹配：n级指针需指向(n-1)级指针的地址。

• 内存管理：动态分配的多级指针必须逐层释放。

• 类型安全：解引用时需确保层级和数据类型一致，避免未定义行为。