ภาษาซีมีระบบชนิดตัวแปรแบบไม่เคร่งครัด ซึ่งมีความคล้ายคลึงบางประการร่วมกับภาษาลูกของภาษาอัลกอล อาทิ ภาษาปาสกาล ภาษาซีมีชนิดตัวแปรที่เตรียมไว้แล้วสำหรับจำนวนเต็มหลายขนาด แบบทั้งมีเครื่องหมายและไม่มีเครื่องหมาย จำนวนจุดลอยตัว ตัวอักขระ และชนิดข้อมูลแจงนับ (enum) ในภาษาซี99 ได้เพิ่มชนิดตัวแปรแบบบูลเข้าไปด้วย ภาษาซีก็ยังมีชนิดตัวแปรที่รับทอดมาด้วยเช่นแถวลำดับ ตัวชี้ ระเบียน (struct) และยูเนียน (union)

ภาษาซีมักใช้กับการเขียนโปรแกรมระบบในระดับต่ำ ซึ่งอาจหลบเลี่ยงการใช้ระบบชนิดตัวแปรเมื่อจำเป็น ตัวแปลโปรแกรมจะพยายามทำให้แน่ใจว่า ชนิดตัวแปรถูกใช้อย่างถูกต้องในนิพจน์ส่วนใหญ่ แต่โปรแกรมเมอร์ก็สามารถลบล้างการตรวจสอบเช่นนั้นได้หลายทาง อาทิ การโยนชนิดข้อมูล (type cast) เพื่อแปลงค่าจากชนิดหนึ่งไปเป็นชนิดหนึ่งอย่างชัดเจน หรือการใช้ตัวชี้หรือยูเนียนเพื่อแปลความหมายบิตของค่าที่อยู่ภายในไปเป็นอีกชนิดหนึ่ง

ตัวชี้

ภาษาซีรองรับการใช้งานตัวชี้ (pointer) ซึ่งเป็นชนิดข้อมูลสำหรับการอ้างอิงอย่างง่ายชนิดหนึ่ง ที่เก็บบันทึกที่อยู่หรือตำแหน่งของวัตถุหรือฟังก์ชันในหน่วยความจำ ตัวชี้สามารถ อ้างอิงกลับ (dereference) เพื่อเข้าถึงข้อมูลที่บันทึกในตำแหน่งที่ถูกชี้อยู่ หรือเพื่อเรียกใช้ฟังก์ชันที่ถูกชี้อยู่ ตัวชี้สามารถจัดดำเนินการกำหนดค่าและเลขคณิตของตัวชี้ได้ด้วย ค่าของตัวชี้ขณะโปรแกรมทำงาน มักจะเป็นตำแหน่งมูลฐานในหน่วยความจำ (ซึ่งอาจเสริมด้วยค่าออฟเซตในหน่วยเวิร์ด) แต่เนื่องจากตัวชี้มีการระบุชนิดตามข้อมูลที่ชี้ไป ตัวแปลโปรแกรมจึงสามารถตรวจสอบชนิดตัวแปรในนิพจน์ต่าง ๆ รวมทั้งตัวชี้ด้วยกันเองขณะแปลได้ เลขคณิตของตัวชี้จะแปรสัดส่วนของขนาดโดยอัตโนมัติตามชนิดข้อมูลที่ชี้ไป (ดูเพิ่มที่ส่วนความใช้แทนกันได้ระหว่างตัวชี้และแถวลำดับ) จุดประสงค์ของการใช้ตัวชี้มีหลากหลายในภาษาซีเช่น สายอักขระมักจัดดำเนินการโดยใช้ตัวชี้ไปยังแถวลำดับของตัวอักขระ การจัดสรรหน่วยความจำพลวัต (dynamic memory allocation) สามารถกระทำได้ด้วยตัวชี้ ชนิดข้อมูลชนิดอื่นเช่น ต้นไม้ ปกติจะถูกพัฒนาขึ้นโดยการจัดสรรวัตถุ struct โดยพลวัต ซึ่งเชื่อมโยงแต่ละหน่วยเข้ากันด้วยตัวชี้ ตัวชี้ของฟังก์ชันใช้เพื่อการเรียกกลับ (callback) สำหรับชุดคำสั่งจัดการเหตุการณ์ เป็นต้น

ตัวชี้ว่าง (null pointer) คือตัวชี้ที่ชี้ไปยังตำแหน่งที่ใช้งานไม่ได้ ซึ่งจะมีค่าเป็น 0 [22] การอ้างอิงกลับของตัวชี้ว่างจึงไม่มีความหมาย และโดยทั่วไปให้ผลเป็นข้อผิดพลาดขณะทำงาน อย่างไรก็ตามตัวชี้ว่างก็มีประโยชน์สำหรับกรณีพิเศษเช่น ใช้เป็นจุดสิ้นสุดหน่วยสุดท้ายของรายการโยง ซึ่งหมายความว่าไม่มีตัวชี้ไปหน่วยอื่นแล้ว หรือใช้แจ้งข้อผิดพลาดจากฟังก์ชันที่คืนค่าเป็นตัวชี้ ตัวชี้ว่างในการลงรหัสมักจะนำเสนอด้วย 0 หรือ NULL

ตัวชี้วอยด์ (void *) คือตัวชี้ของวัตถุที่ไม่ทราบชนิดตัวแปร ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นตัวชี้ "ทั่วไป" ก็ได้ แต่เนื่องจากขนาดและชนิดของวัตถุที่ถูกชี้ไม่เป็นที่ทราบ ตัวชี้วอยด์จึงไม่สามารถอ้างอิงกลับได้ และเลขคณิตของตัวชี้ก็ใช้กับตัวชี้วอยด์ไม่ได้ แม้ว่าตัวชี้ของวัตถุชนิดหนึ่งอาจแปลงเป็นตัวชี้ชนิดอื่นได้โดยง่าย (และในหลายบริบทก็แปลงได้อย่างคลุมเครือ)

การใช้งานตัวชี้อย่างไม่ระมัดระวังอาจเกิดอันตรายได้ เนื่องจากตัวแปรตัวชี้สามารถชี้ไปที่ตำแหน่งใดก็ได้โดยไม่มีกฎเกณฑ์ และปกติก็ไม่มีการตรวจสอบ ซึ่งอาจทำให้เกิดผลกระทบที่ไม่พึงปรารถนา ถึงแม้ตัวชี้ที่ใช้งานอย่างถูกต้องได้ชี้ไปยังตำแหน่งที่ปลอดภัยอยู่แล้ว แต่มันก็อาจถูกทำให้ชี้ไปยังตำแหน่งที่ไม่ปลอดภัยโดยการดำเนินการเลขคณิตที่ไม่ถูกต้อง หรือตัวชี้ไปยังวัตถุที่อาจเรียกคืนการจัดสรรไปแล้วแต่ถูกเรียกใช้ใหม่ (ตัวชี้อย่างหลวม dangling pointer) หรือตัวชี้ที่อาจใช้งานโดยไม่กำหนดค่าเริ่มต้น (ตัวชี้ตัวแทน wild pointer) หรือตัวชี้ที่อาจถูกกำหนดด้วยค่าที่ไม่ปลอดภัยโดยตรง ด้วยวิธีโยนชนิดตัวแปร ยูเนียน หรือผ่านค่ามาจากตัวชี้อื่นที่เสีย เป็นต้น โดยทั่วไปภาษาซีอนุญาตให้จัดดำเนินการและแปลงชนิดตัวแปรของตัวชี้ได้ แม้ว่าตัวแปลโปรแกรมก็มีตัวเลือกสำหรับการตรวจสอบอยู่หลายระดับก็ตาม ภาษาโปรแกรมอื่นบางภาษาจัดการปัญหานี้โดยกำหนดให้ใช้ชนิดตัวแปรอ้างอิงที่เคร่งครัดมากกว่า

แถวลำดับ

ชนิดข้อมูลแถวลำดับ (array) ในภาษาซีแบบดั้งเดิมมีขนาดคงที่และสถิต ซึ่งจะถูกกำหนดตอนแปลโปรแกรม (ในเวลาถัดมา มาตรฐานภาษาซี99 อนุญาตให้สร้างแถวลำดับที่มีความยาวแปรได้) อย่างไรก็ตามแถวลำดับสามารถกำหนดให้จัดสรรเนื้อที่หน่วยความจำขนาดใดก็ได้ขณะทำงาน โดยใช้ฟังก์ชัน malloc จากไลบรารีมาตรฐาน แล้วทำให้เป็นแถวลำดับ การทำให้เป็นหนึ่งเดียวระหว่างแถวลำดับและตัวชี้ของภาษาซี ทำให้หมายความว่าแถวลำดับที่แท้จริงและแถวลำดับที่จัดสรรอย่างพลวัตเสมือนใช้แทนกันได้ เนื่องด้วยแถวลำดับเข้าถึงผ่านตัวชี้เสมอ (ในทางปฏิบัติ) การเข้าถึงแถวลำดับจึงไม่มีการตรวจสอบขนาดภายใต้แถวลำดับ แม้ว่าตัวแปลโปรแกรมอาจมีตัวเลือกสำหรับตรวจสอบขอบเขตก็ตาม การใช้งานเกินขอบเขตของแถวลำดับจึงยังคงสามารถเป็นไปได้ ซึ่งเกิดขึ้นค่อนข้างเป็นปกติในรหัสที่เขียนอย่างไม่ระมัดระวัง และนำไปสู่ผลสะท้อนกลับหลายอย่างอาทิ การเข้าถึงหน่วยความจำที่ไม่อนุญาต การทำให้ข้อมูลผิดแปลกไป บัฟเฟอร์ส่วนล้น และสิ่งผิดปรกติขณะทำงาน

ถึงแม้ภาษาซีรองรับแถวลำดับแบบสถิต แต่ก็ไม่จำเป็นว่าดัชนีของแถวลำดับจะต้องมีผล (การตรวจสอบขอบเขต) ตัวอย่างเช่น เราสามารถลองบันทึกค่าสมาชิกตัวที่หกลงในแถวลำดับที่มีสมาชิกห้าตัวได้ ซึ่งจะทำให้เกิดผลที่ไม่คาดคิด ความผิดพลาดเช่นนี้เรียกว่า บัฟเฟอร์ส่วนล้น (buffer overflow/overrun) เป็นสาเหตุที่สำคัญอย่างหนึ่งของปัญหาด้านความปลอดภัย เนื่องจากเทคโนโลยีการกำจัดการตรวจสอบขอบเขต (bounds-checking elimination) ไม่มีอยู่เลยเมื่อภาษาซีถูกนิยามขึ้น การตรวจสอบขอบเขตจึงลดทอนประสิทธิภาพอย่างรุนแรง โดยเฉพาะกับการคำนวณเชิงจำนวน เมื่อสองสามปีก่อนหน้านั้น ตัวแปลภาษาฟอร์แทรนมีตัวเลือกให้เปิดหรือปิดการตรวจสอบขอบเขตได้ แต่ตัวเลือกเช่นนี้ไม่มีประโยชน์ต่อภาษาซี เพราะอาร์กิวเมนต์ของแถวลำดับถูกผ่านค่าด้วยตัวชี้ธรรมดา

ภาษาซีไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับการประกาศแถวลำดับหลายมิติ แต่ออกจะขึ้นอยู่กับการเรียกซ้ำภายในระบบชนิดตัวแปร เพื่อประกาศแถวลำดับของแถวลำดับ ซึ่งสามารถบรรลุผลสำเร็จได้เหมือนกัน ค่าดัชนีของ "แถวลำดับหลายมิติ" ที่สร้างขึ้นสามารถพิจารณาว่าเพิ่มขึ้นตามอันดับเรียงตามแถว (row-major order)

โดยปกติแถวลำดับหลายมิติถูกใช้งานในขั้นตอนวิธีเชิงจำนวนเพื่อเก็บข้อมูลเมทริกซ์ (ซึ่งประยุกต์มาจากพีชคณิตเชิงเส้นเป็นหลัก) โครงสร้างของแถวลำดับในภาษาซีเหมาะสมเป็นอย่างดีสำหรับงานนี้ แต่เนื่องจากแถวลำดับถูกผ่านค่าด้วยตัวชี้ ขอบเขตของแถวลำดับจึงต้องเป็นค่าที่ทราบและตายตัว หรือไม่เช่นนั้นก็ต้องผ่านค่าไปพร้อมกับซับรูทีนที่จำเป็นต้องทราบ นอกจากนี้ แถวลำดับของแถวลำดับที่จัดสรรขนาดแบบพลวัต ไม่สามารถเข้าถึงได้โดยใช้ดัชนีสองชั้น (ตัวอย่างกรณีนี้เช่นการจัดสรรแถวลำดับด้วย "เวกเตอร์แถว" ของตัวชี้ไปยังสดมภ์)

ภาษาซี99 ได้แนะนำ "แถวลำดับความยาวแปรได้" เพิ่มเข้ามา แต่ก็ยังมีปัญหาบางประการที่เหมือนกับปัญหาแถวลำดับของภาษาซี

ความใช้แทนกันได้ระหว่างตัวชี้และแถวลำดับ

คุณลักษณะเด่นชัดของภาษาซี (ซึ่งอาจทำให้สับสนด้วย) คือการปฏิบัติต่อแถวลำดับและตัวชี้ สัญกรณ์แถวลำดับ x[i] สามารถใช้กับตัวชี้ x ได้ โดยแปลความหมายว่าเป็นการเข้าถึงวัตถุตัวที่ i + 1 ของวัตถุข้อมูลที่อยู่ติดกันถัดจากตำแหน่งที่ x ชี้อยู่ ซึ่งถือว่าเป็นสมาชิกตัวแรกของแถวลำดับ (x[0])

x[i] มีความหมายเทียบเท่า *(x + i) ตามรูปแบบ และเนื่องจากชนิดตัวแปรของตัวชี้เป็นที่ทราบขณะแปล ตำแหน่ง x + i ที่ชี้ไปมิได้หมายความว่าจากตำแหน่ง x แล้วเพิ่มไปอีก i ไบต์ แต่หมายถึงเพิ่มไปอีก (i คูณด้วยขนาดของสมาชิกที่ตำแหน่ง x) ขนาดของสมาชิกนี้ได้มาจากการใช้ตัวดำเนินการ sizeof บนสมาชิกที่อ้างอิงกลับตัวใดตัวหนึ่งของ x ดังเช่น n = sizeof *x หรือ n = sizeof x[0]

นอกจากนี้ในบริบทส่วนใหญ่ของนิพจน์ ชื่อของแถวลำดับจะถูกแปลงเป็นตัวชี้ที่ชี้ไปยังสมาชิกตัวแรกของแถวลำดับนั้น สิ่งนี้บอกเป็นนัยว่าแถวลำดับจะไม่ถูกคัดลอกข้อมูลไปทั้งหมดเมื่อนำไปตั้งชื่ออาร์กิวเมนต์ของฟังก์ชัน แต่จะมีเพียงแค่ตำแหน่งของสมาชิกตัวแรกเท่านั้นที่ส่งผ่านไป ดังนั้นถึงแม้ว่าการเรียกใช้ฟังก์ชันในภาษาซีจะตีความว่าส่งโดยให้ค่า (pass-by-value) แต่แถวลำดับนั้นส่งโดยอ้างอิง (pass-by-reference) ในทางปฏิบัติ

จำนวนสมาชิกของแถวลำดับ x ที่ได้ประกาศไว้แล้ว สามารถคำนวณได้จาก sizeof x / sizeof x[0]

การสาธิตอย่างหนึ่งที่น่าสนใจต่อความใช้แทนกันได้ระหว่างตัวชี้และแถวลำดับแสดงไว้ด้านล่าง การกำหนดค่าทั้งสี่มีความหมายเทียบเท่ากันและเป็นรหัสที่ใช้งานได้ในภาษาซี

/* x เป็นแถวลำดับหรือตัวชี้, i เป็นจำนวนเต็ม */x[i] = 1;         /* เทียบเท่ากับ *(x + i) */*(x + i) = 1;*(i + x) = 1;i[x] = 1;         /* เทียบเท่ากับ *(i + x) */

แม้ว่าการกำหนดค่าทั้งสี่เทียบเท่ากัน แต่มีเพียงแบบแรกเท่านั้นที่แสดงรูปแบบการลงรหัสที่ดี กรณีอื่นอาจพบได้ในรหัสภาษาซีที่ยุ่งเหยิง

ถึงอย่างไรก็ตามแถวลำดับและตัวชี้ก็ยังมีจุดที่แตกต่างแม้ว่ามันจะเทียบเท่ากัน ตัวชี้ไปยังสมาชิกตัวแรกซึ่งแปลงมาจากแถวลำดับ ไม่มีเนื้อที่เก็บข้อมูลตำแหน่งของมันเอง ต่างจากตัวแปรตัวชี้ซึ่งมี เมื่อเป็นเช่นนั้นแล้วสิ่งที่แถวลำดับ "ชี้ไป" จึงไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ และไม่สามารถกำหนดค่าใหม่ให้กับตัวแปรแถวลำดับ (ค่าต่าง ๆ ของแถวลำดับอาจคัดลอกได้ โดยใช้ฟังก์ชัน memcpy เป็นต้น)