第一部分：C语言

1.C语言的内存模型：

程序代码区：存放函数体的二进制代码；

静态数据区：也称全局数据区，包含的数据类型比较多，如全局变量、静态变量、一般常量、字符串常量。其中全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。常量数据存放在另一个区域。静态数据区的内存在程序结束后由操作系统释放。

堆区：一般由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序运行结束后由操作系统回收。malloc(),calloc()、free()等函数操作的就是这块内存。

栈区：由系统自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

命令行参数区：存放命令行的参数和环境变量的值，如通过main()函数传递的值。

2 指针与数组区别

数组是相同类型元素的连续集合，数组名代表整个内存块

指针是一个变量，存储内存地址，只存地址，需另分配目标内存

（1）内存分配方式与sizeof运算结果不同

int arr[5];        // 编译器分配20字节连续内存（假设int为4字节）

int *ptr;          // 只分配指针变量本身的内存（通常4或8字节）

ptr = malloc(20);  // 动态分配内存，ptr指向这块内存

sizeof(arr);  // 返回20（整个数组大小）

sizeof(ptr);  // 返回指针大小（4或8字节）

（2）赋值和修改

int arr1[5], arr2[5];

int *p1, *p2;

// 数组不能直接赋值

// arr1 = arr2;  // 错误！数组名是常量指针，不能赋值

// 指针可以赋值

p1 = arr1;      // 正确

p1 = p2;        // 正确

（3）地址运算

int arr[5];
int *p = arr;

p++;           // 正确，p现在指向arr[1]
// arr++;      // 错误！数组名是常量，不能修改

（4）作为函数参数时的退化

当数组作为函数参数传递时，会退化为指针：

void func(int arr[])  {   //  实际上等价于 int *arr
         // sizeof(arr) 返回指针大小，不是数组大小
}

（5）初始化和存储位置

char str1[] = "hello";  // 栈上分配数组，可修改
char *str2 = "world";    // 指针在栈上，指向常量区的字符串

（6）容易混淆的点
数组名在大多数表达式中会退化为指向首元素的指针

arr[i]和*（arr+i）等价

但&arr和&ptr的含义不同：

int arr[5];
int *p = arr;

&arr;  // 类型是 int(*)[5]，指向整个数组
&p;    // 类型是 int**，指向指针变量

3.野指针
野指针指向不可用的内存或未初始化的指针，使用野指针会导致未定义行为，通常是程序崩溃。

指针本身即存储地址的变量可以任意赋值，但通过指针访问/修改内存（解引用）时，必须确保指针指向有效的、已分配的内存。未初始化的指针存储的是随机地址，解引用会访问非法内存，导致段错误或未定义行为。

（1）未初始化的指针

int *p； //未初始化，随机值

*p = 10；//错误，会访问位置内存

正确示例：

int x =5 ；

int *p = &x;  //指针指向变量x

*p =10； //修改x的值为10

（2）指针被释放后未置空

int *p = (int*)malloc(sizeof(int));

free(p);

*p =20;  //错误，因为已经释放p，无法访问已释放内存

正确示例：

int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
*p = 20;      // 正确：修改动态分配的内存
free(p);

（3）超出作用域

int* func（）{

      int a = 10;

     return &a; //返回局部变量的地址

}//函数结束，a被销毁，返回的指针变为野指针

4.函数指针

函数指针定义为指向函数的指针变量，可以像调用函数一样通过指针调用。

返回类型 （*指针名）（参数类型列表）；

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) { return a + b; }
int sub(int a, int b) { return a - b; }

int main() {
    // 声明函数指针
    int (*func_ptr)(int, int);
    
    // 指向add函数
    func_ptr = add;  // 或 func_ptr = &add;
    printf("5 + 3 = %d\n", func_ptr(5, 3));
    
    // 指向sub函数
    func_ptr = sub;
    printf("5 - 3 = %d\n", func_ptr(5, 3));
    
    return 0;
}

typedef简化

typedef int (*Operation)(int, int);

Operation op = add;  // 更清晰的声明
printf("%d\n", op(5, 3));

5.指针函数

指针函数定义为返回指针的函数，即函数的返回值是指针

返回类型* 函数名（参数列表）

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

// 返回int指针的函数
int* create_array(int size) {
    int *arr = (int*)malloc(size * sizeof(int));
    for(int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] = i * 2;
    }
    return arr;  // 返回动态分配内存的指针
}

int main() {
    int *ptr = create_array(5);
    
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", ptr[i]);
    }
    
    free(ptr);  // 记得释放内存
    return 0;
}

注：调用者负责释放返回的动态内存。

6.函数指针数组

函数指针数组定义数组的元素是函数指针，用于实现跳转表或命令表

返回类型 (*数组名[数组大小])(参数类型列表);

示例：计算器

#include <stdio.h>
#include <string.h>

double add(double a, double b) { return a + b; }
double sub(double a, double b) { return a - b; }
double mul(double a, double b) { return a * b; }
double div(double a, double b) { return b != 0 ? a / b : 0; }

int main() {
    double (*calc[4])(double, double) = {add, sub, mul, div};
    char operators[] = {'+', '-', '*', '/'};
    
    double x = 10.5, y = 2.5;
    char op = '*';
    
    for(int i = 0; i < 4; i++) {
        if(operators[i] == op) {
            printf("%.2f %c %.2f = %.2f\n", x, op, y, calc[i](x, y));
            break;
        }

       ......
    return 0;
}

7.回调函数机制

#include <stdio.h>

// 回调函数类型定义
typedef void (*Callback)(int);

// 处理函数，接受回调函数作为参数
void process_data(int data[], int size, Callback callback) {
    for(int i = 0; i < size; i++) {
        callback(data[i]);  // 调用回调函数
    }
}

// 各种回调函数
void print_square(int x) {
    printf("%d的平方: %d\n", x, x * x);
}

void print_cube(int x) {
    printf("%d的立方: %d\n", x, x * x * x);
}

int main() {
    int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int size = sizeof(data) / sizeof(data[0]);
    
    // 使用不同的回调函数处理数据
    printf("=== 平方计算 ===\n");
    process_data(data, size, print_square);
    
    printf("\n=== 立方计算 ===\n");
    process_data(data, size, print_cube);
    
    return 0;
}