2024-2025-1 20241302 《计算机基础与程序设计》第十二周学习总结

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教材学习内容总结

1. 指针和一维数组间的关系（第268页）

基本概念：指针可以指向数组中的任何一个元素，通过指针可以访问或修改数组元素。
指针与数组名的区别：数组名是一个指向数组首元素的常量指针，而指针变量可以改变其指向。
指针算术运算：指针支持加减运算，可以用来遍历数组。
数组元素的访问：可以通过指针加上偏移量的方式访问数组中的任意元素，例如 *(array + i) 等价于 array[i]。

2. 指针和二维数组间的关系（第275页）

二维数组的存储方式：在内存中，二维数组是以行优先的方式连续存储的。
指针与二维数组：二维数组的指针实际上是指向一维数组的指针，即 int (*p)[N]; 其中 N 是列数。
访问二维数组：可以通过指针来访问二维数组中的元素，例如 *(*(arr + i) + j) 或者 arr[i][j]。

3. 指针数组及其应用（第281页）

指针数组的定义：指针数组是一种特殊的数组，其中每个元素都是一个指针。
字符串数组：指针数组可以用来存储多个字符串，每个字符串由一个字符指针指向。
命令行参数：main 函数中的 argv 参数就是一个指针数组，用于接收命令行输入的参数。

4. 动态数组（第289页）

C程序的内存映像：介绍了程序运行时的内存布局，包括代码段、数据段、堆和栈等。
动态内存分配函数：
- malloc(size_t size)：分配指定大小的内存块，返回指向该内存的指针。
- calloc(size_t num, size_t size)：分配并初始化为零的内存块。
- realloc(void *ptr, size_t newsize)：重新调整已分配内存块的大小。
- free(void *ptr)：释放之前分配的内存块。
长度可变的一维动态数组：使用 malloc 或 calloc 分配内存，然后用 free 释放。
长度可变的二维动态数组：可以使用双重指针或指针数组来实现，先分配指针数组，再为每个指针分配一维数组。

5. 本章扩充内容（第295页）

常见的内存错误及其对策：
- 野指针：未初始化或已释放的指针。
- 内存泄漏：分配的内存未被释放。
- 越界访问：访问超出数组边界。
- 重复释放：多次释放同一块内存。
- 解决方案：使用工具如 Valgrind 进行内存检测，合理管理内存生命周期。
缓冲区溢出攻击：
- 概念：当向缓冲区写入超过其容量的数据时，可能导致程序崩溃或被恶意利用。
- 预防措施：使用安全的函数如 strncpy 和 snprintf，避免使用不安全的函数如 gets 和 strcpy。

6. 本章知识点小结（第305页）

指针和数组的关系：指针可以用来访问和操作数组。
指针数组的应用：存储多个字符串或命令行参数。
动态内存管理：使用 malloc、calloc、realloc 和 free 进行动态内存管理。
内存错误处理：识别和预防常见的内存错误，确保程序的健壮性。

7. 本章常见错误小结（第305页）

指针未初始化：使用未初始化的指针会导致未定义行为。
内存泄漏：忘记释放已分配的内存。
越界访问：访问数组或指针指向的内存区域之外。
重复释放：多次释放同一块内存。
野指针：使用已释放的指针。
缓冲区溢出：写入超过缓冲区大小的数据。

教材学习中的问题和解决过程（先问 AI）

问题：动态数组的使用方法。

解决过程：在C语言中，没有内置的动态数组类型，但可以通过指针和内存管理函数（如malloc、realloc、free）来实现动态数组的功能。下面是一个简单的示例，演示如何创建、使用和释放动态数组。

创建动态数组

使用malloc函数分配内存，可以创建一个动态数组。malloc函数接收一个参数，表示要分配的字节数，并返回指向分配内存的指针。

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

int main() {
    int *array;
    int n = 5; // 初始数组大小
    int i;

    // 分配内存
    array = (int *)malloc(n * sizeof(int));
    if (array == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n");
        return 1;
    }

    // 初始化数组
    for (i = 0; i < n; i++) {
        array[i] = i * i;
    }

    // 打印数组
    printf("Initial array:\n");
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("\n");

    // 动态增加数组大小
    n += 3; // 增加3个元素
    array = (int *)realloc(array, n * sizeof(int));
    if (array == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory reallocation failed\n");
        free(array);
        return 1;
    }

    // 继续初始化新增部分
    for (i = n - 3; i < n; i++) {
        array[i] = i * i;
    }

    // 再次打印数组
    printf("Array after resizing:\n");
    for (i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    free(array);

    return 0;
}

关键点解释

malloc: 用于分配指定大小的内存块。如果分配成功，返回一个指向该内存块的指针；如果失败，则返回NULL。
realloc: 用于重新调整之前分配的内存块的大小。如果新的内存块被分配成功，原来的内存块将被释放，新的指针将被返回。如果调整失败，原始内存块保持不变，且返回NULL。
free: 用于释放之前通过malloc、calloc或realloc分配的内存。释放后，不应再访问该内存区域。

注意事项

在使用malloc和realloc时，总是检查返回值是否为NULL，以确保内存分配成功。
使用完动态分配的内存后，应调用free来释放它，避免内存泄漏。
在使用realloc时，如果返回NULL，则原内存块仍然有效，因此在使用realloc前最好先保存原指针，以防止内存泄漏。

基于AI的学习

其他（感悟、思考等，可选）

在C语言中，数组和指针是两个非常重要的概念，它们之间有着密切的关系，但也有着本质的区别。理解这两者及其相互作用对于深入掌握C语言至关重要。以下是我对C语言数组与指针学习的一些感悟：

1. 数组与指针的关系

内存布局：数组是一段连续的内存空间，用于存储相同类型的元素。而指针则是一个变量，它存储的是另一个变量的地址。当我们将一个数组的名字用作表达式中的值时，它实际上会被转换为指向该数组第一个元素的指针。
使用灵活性：指针提供了更大的灵活性。例如，你可以通过指针来改变所指向的地址，而数组名则是一个常量，不能被重新赋值以指向其他位置。

2. 数组与指针的区别

类型不同：虽然数组名可以被解释为指向其第一个元素的指针，但数组名本身并不是指针变量。数组名是一个常量，表示数组首元素的地址，而指针是一个变量，可以被赋值或修改。
大小不同：sizeof应用于数组时，返回的是整个数组占用的字节数；而应用于指针时，返回的是指针本身占用的字节数（通常为4或8字节，取决于系统架构）。
传递给函数：当你将数组作为参数传递给函数时，实际上传递的是数组的指针，而不是数组本身。这意味着函数内部对指针的操作会影响到原数组。

3. 指针与数组操作

指针算术：指针支持算术运算，如加法、减法等，这使得遍历数组变得简单。例如，p + i可以用来访问数组中的第i个元素（假设p是指向数组开始的指针）。
指针与字符串：在C语言中，字符串是以空字符\0结尾的字符数组。因此，处理字符串时，经常使用指向字符的指针来实现各种操作，如字符串复制、比较等。

4. 学习建议

实践：多写代码，尤其是涉及到指针和数组的代码。实践是检验真理的唯一标准，通过实际编程，可以更好地理解这些概念。
阅读文档：阅读C语言标准库函数的文档，了解它们如何使用指针和数组，以及它们的返回值和参数类型。
理解底层：尝试理解C语言是如何在内存层面操作数组和指针的，这有助于更深入地掌握这些概念。

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	200/200	2/2	20/20
第二周	300/500	2/4	18/38
第三周	300/800	1/5	10/48
第四周	300/1100	1/6	10/58
第五周	300/1400	1/7	10/68
第六周	300/1700	1/8	10/78
第七周	300/2000	1/9	10/88
第八周	300/2300	1/10	10/98
第九周	300/2600	1/11	10/108
第十周	300/2900	1/12	10/118
第十一周	300/3200	1/13	10/128
第十二周	300/3500	1/14	10/138