C语言-二级指针应用场景

二级指针应用

引子:在线性表销毁函数中,传入二级指针作为参数,可以实现对线性表的销毁操作。

//销毁已存在的线性表
void DestroyList(list_t **L){
    // Step 1: 检查L是否为非空指针
    if(L) 
        // Step 2: 释放L指向的内存空间
        free(*L);
    // Step 3: 将L所指向的指针置为NULL，避免悬挂指针
    *L=NULL;
}

上述代码主要功能是销毁一个已存在的线性表。通过接收一个二级指针（指向线性表的指针），函数首先检查传入的二级指针是否为非空。然后释放线性表所占用的内存空间，并将一级指针置为 NULL，从而避免悬挂指针的问题。这是对动态内存管理中销毁操作的安全处理方式。

list_t **L 为什么使用二级指针

在这个函数中，list_t **L 是一个二级指针，而不仅仅是一级指针，这是为了能够在函数内部修改指向线性表的指针。

原因:

1.直接操作并修改原指针：如果传入的是一个一级指针 list_t *L，那么在函数内部只能操作其指向的内存内容，但无法修改这个指针本身。如果要让外部也能感知到这个指针已经被置为 NULL，需要使用二级指针。

2.避免悬挂指针：如果只是释放内存而不置 NULL，外部仍然有一个一级指针指向已释放的内存，这会导致悬挂指针，进而可能引发崩溃或不可预知的错误。

例子对比

void DestroyList(list_t *L) {
    if (L) free(L);
    // 此处无法将传入的一级指针置为 NULL
}

void test() {
    list_t *list = malloc(sizeof(list_t));
    DestroyList(list);
    // 此时 list 仍然指向原内存，但内存已经被释放，存在悬挂指针风险
}

通过使用二级指针，我们可以在函数内部将指针置为 NULL，避免悬挂指针：

void DestroyList(list_t **L) {
    if (L && *L) {
        free(*L);
        *L = NULL;
    }
}

void test() {
    list_t *list = malloc(sizeof(list_t));
    DestroyList(&list);
    // 此时 list 已经被置为 NULL，避免悬挂指针
}

详细示例解释

void DestroyList(list_t **L) {
    if (L && *L) {
        // 释放 L 所指向的内存
        free(*L);
        // 将 L 所指向的第一个指针 (即原来的指针) 置为 NULL
        *L = NULL;
    }
}

void test() {
    list_t *list = malloc(sizeof(list_t)); // 分配内存给 list
    DestroyList(&list); // 传入 list 的地址，即传入 &list，从而在函数内部操作的是 list 的地址
    // 此时 list 已经被安全地置为 NULL
}

总结

使用二级指针的主要目的是为了安全地管理和修改指针，避免悬挂指针问题。在函数内部，能够直接修改调用者的指针，使其指向 NULL，从而提升代码的健壮性。

在什么情况下要使用这种方法

使用二级指针（也称为指针的指针）主要出现在以下几种情况下：

1.修改传入函数的指针本身

如果你需要在函数内部修改传入的指针，使得修改对调用者可见，就需要使用二级指针。
例如，在许多动态内存管理操作中，我们需要确保在释放对象内存后，将指针置为 NULL。

void destroy_list(list_t **L) {
    if (L && *L) {
        free(*L);
        *L = NULL;
    }
}

2.动态分配内存并返回一个结果

如果函数需要动态分配内存，并将地址返回给调用者，同样需要使用二级指针。

#include <stdlib.h>

int allocate_list(list_t **L) {
    *L = (list_t *)malloc(sizeof(list_t));
    if (*L == NULL) {
        return INFEASIBLE;
    }
    // 初始化操作
    memset(*L, 0, sizeof(list_t));
    return OK;
}

void test() {
    list_t *list;
    int result = allocate_list(&list);
    if (result == OK) {
        // 使用 list
    }
}

3.链表操作

在链表（如单链表、双链表）的插入、删除操作中，也经常使用二级指针来简化操作。
例如，删除链表中的某个节点时，通过二级指针可以减少对头节点的特殊处理

typedef struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
} Node;

void delete_node(Node **head, int key) {
    Node **current = head;
    while (*current) {
        if ((*current)->data == key) {
            Node *temp = *current;
            *current = (*current)->next;
            free(temp);
            return;
        }
        current = &((*current)->next);
    }
}

4.动态数组的重分配

在动态数组的重分配中，也可以使用二级指针来更新数组的指针。

int resize_array(int **array, size_t new_size) {
    int *temp = (int *)realloc(*array, new_size * sizeof(int));
    if (temp == NULL) {
        return INFEASIBLE;
    }
    *array = temp;
    return OK;
}

void test() {
    int *array = (int *)malloc(10 * sizeof(int));
    if (array) {
        int result = resize_array(&array, 20);
        if (result == OK) {
            // 使用重分配后的 array
        }
        free(array);
    }
}

结论

修改调用者的指针：二级指针可以在函数内部修改传入的指针，使得调用者能够感知到这些修改。

动态内存分配：在动态内存分配和重新分配时，使用二级指针可以返回新的分配地址。

链表操作：在链表操作中，二级指针可以简化代码，减少特殊情况的处理。

管理复杂数据结构：二级指针可以用来管理复杂的数据结构，如数组的数组、结构体的数组等。

通过使用二级指针，可以使代码更加灵活，避免悬挂指针，提升程序的健壮性和可维护性。

更多相关的补充

5.用于二维数组

C语言中，要创建动态二维数组，不得不使用双重指针。

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

int** create_2d_array(int rows, int cols) {
    int** array = malloc(rows * sizeof(int*));
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        array[i] = malloc(cols * sizeof(int));
    }
    return array;
}

void free_2d_array(int** array, int rows) {
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        free(array[i]);
    }
    free(array);
}

int main() {
    int rows = 5, cols = 5;
    int** array = create_2d_array(rows, cols);
    
    // 使用数组
    
    free_2d_array(array, rows);
    return 0;
}

6.递归链表和树的操作

在递归函数中使用，可以简化很多链表或树的插入和删除操作。

void insert_sorted(Node **head, int value) {
    if (*head == NULL || (*head)->data >= value) {
        Node *new_node = malloc(sizeof(Node));
        new_node->data = value;
        new_node->next = *head;
        *head = new_node;
    } else {
        insert_sorted(&(*head)->next, value);
    }
}

7.回调函数的参数

当编写需要传入函数指针作为参数的函数时，有时候也需要使用，以便在回调函数中修改外部变量。

void modify_value(int **ptr) {
    **ptr = 100;
}

int main() {
    int *p = malloc(sizeof(int));
    *p = 10;
    modify_value(&p);
    printf("%d\n", *p);  // 输出100
    free(p);
    return 0;
}

8.泛型容器的实现

在实现像链表、数组等泛型容器时，可以用来简化大量的指针操作。
例如，void* 类型的链表可以存储任何类型的数据，但需要使用双重指针来实现泛型操作。

typedef struct GenericNode {
    void *data;
    struct GenericNode *next;
} GenericNode;

void add_node(GenericNode **head, void *data) {
    GenericNode *new_node = malloc(sizeof(GenericNode));
    new_node->data = data;
    new_node->next = *head;
    *head = new_node;
}

9.跟踪指针的原位置

当处理需要返回多个结果时，利用指针可以避免多次传参。

void split(char *str, char delimiter, char **left, char **right) {
    char *pos = strchr(str, delimiter);
    if (pos) {
        *pos = '\0';  // 分隔符位置置为\0
        *left = str;
        *right = pos + 1;
    } else {
        *left = str;
        *right = NULL;
    }
}

int main() {
    char str[] = "hello,world";
    char *left, *right;
    split(str, ',', &left, &right);
    printf("left: %s, right: %s\n", left, right);  // 输出 left: hello, right: world
    return 0;
}