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C语言零基础讲解指针和数组

2024-04-02 19:04:59 224人浏览泡泡鱼

摘要

目录一、指针和数组分析-上1.数组的本质2.指针的运算3.指针的比较4.小结二、指针与数组分析-下 1.数组的访问方式2.下标形式 VS 指针形式3.a 和 &a

一、指针和数组分析-上

1.数组的本质

数组是一段连续的内存空间
数组的空间大小为 sizeof(array_type) * array_size
数组名可看做指向数组第一个元素的常量指针

下面看一段代码：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int a[5] = {0};
    int* p = NULL;
    
    printf("a = 0x%X\n", (unsigned int)(a));
    printf("a + 1 = 0x%X\n", (unsigned int)(a + 1));
    
    printf("p = 0x%X\n", (unsigned int)(p));
    printf("p + 1 = 0x%X\n", (unsigned int)(p + 1));
    
    return 0;
}

输出结果如下：

通过这段代码说明指针运算是合法的。

2.指针的运算

指针是一种特殊的变量，与整数的运算规则为

p + n; <-->(unsigned int)p + n*sizeof(*p);

结论∶

当指针 p 指向一个同类型的数组的元素时：p+1 将指向当前元素的下一个元素；p-1 将指向当前元素的上一个元素。

指针之间只支持减法运算
参与减法运算的指针类型必须相同

p1- p2; <--> ((unsigned int)p1 - (unsigned int)p2) / sizeof(type);

注意：

只有当两个指针指向同一个数组中的元素时，指针相减才有意义，其意义为指针所指元素的下标差
当两个指针指向的元素不在同一个数组中时，结果未定义

下面看一段简单的指针运算代码：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    char s1[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    int i = 0;
    char s2[] = {'W', 'o', 'r', 'l', 'd'};
    char* p0 = s1;
    char* p1 = &s1[3];
    char* p2 = s2;
    int* p = &i;
	
    printf("%d\n", p0 - p1);
    //printf("%d\n", p0 + p2);  //ERROR
    printf("%d\n", p0 - p2);
    //printf("%d\n", p0 - p);   //ERROR
    //printf("%d\n", p0 * p2);  //ERROR
    //printf("%d\n", p0 / p2);  //ERROR
	
    return 0;
}

输出结果如下：

注意两个指针指向不同的数组，虽然它们两相减符合语法，但是最后的结果肯定没有意义。

再来看一段指针运算的应用代码：

#include <stdio.h>
 
#define DIM(a) (sizeof(a) / sizeof(*a))
 
int main()
{
    char s[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    char* pBegin = s;
    char* pEnd = s + DIM(s); // Key point
    char* p = NULL;
    
    printf("pBegin = %p\n", pBegin);
    printf("pEnd = %p\n", pEnd);
    
    printf("Size: %d\n", pEnd - pBegin);
	
    for(p=pBegin; p<pEnd; p++)
    {
        printf("%c", *p);
    }
    
    printf("\n");
   
    return 0;
}

输出结果如下：

注意以下几点：

数组大小的计算方法：#define DIM(a) (sizeof(a) / sizeof(*a))
char* pEnd = s + DIM(s); // Key point ==> pEnd 指向 'o' 后面的地址 ==> 这在 C 语言中是一个擦边球的边界位置，也是一个技巧，在这个边界位置可以认为该指针是合法的，可以和其他指针进行比较运算和减法运算等，在 c++ 标准库里面也合法

3.指针的比较

指针也可以进行关系运算 (<,<=,>，>=)
指针关系运算的前提是同时指向同一个数组中的元素
任意两个指针之间的比较运算(==，!=)无限制
参与比较运算的指针类型必须相同

4.小结

数组声明时编译器自动分配一片连续的内存空间
指针声明时只分配了用于容纳地址值的 4 字节空间
指针和整数可以进行运算，其结果为指针
指针之间只支持减法运算，其结果为数组元素下标差
指针之间支持比较运算，其类型必须相同

二、指针与数组分析-下

1.数组的访问方式

以下标的形式访问数组中的元素

以指针的形式访问数组中的元素

2.下标形式 VS 指针形式

指针以固定增量在数组中移动时，效率高于下标形式
指针增量为1且硬件具有硬件增量模型时，效率更高
下标形式与指针形式的转换

a[n] <--> *(a +n) <--> *(n + a) <--> n[a]

注意：现代编译器的生成代码优化率已大大提高，在固定增量时，下标形式的效率已经和指针形式相当；但从可读性和代码维护的角度来看，下标形式更优。

下面看一个数组的访问方式代码：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int a[5] = {0};
    int* p = a;
    int i = 0;
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        p[i] = i + 1;
    }
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("a[%d] = %d\n", i, *(a + i));
    }
    
    printf("\n");
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        i[a] = i + 10;
    }
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("p[%d] = %d\n", i, p[i]);
    }
    
    return 0;
}

输出结果如下：

注意这个奇怪的写法：i[a] = i + 10; ==> a[i] = i + 10;

下面通过一个实例，说明数组和指针的不同：

ext.c：

int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};

test.c：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    extern int a[];
    
    printf("&a = %p\n", &a);
    printf("a = %p\n", a);
    printf("*a = %d\n", *a);
 
    return 0;
}

输出结果如下：

下面来验证一下数组名究竟是不是指针，将 test.c 改成：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    extern int* a;
    
    printf("&a = %p\n", &a);
    printf("a = %p\n", a);
    printf("*a = %d\n", *a);
 
    return 0;
}

输出结果如下：

ext.c 中 a[ ] 的地址为 0x804a014，test.c 中的extern int* a; 只是申明标识符 a，编译器会认为在这之前就已经给了地址值，就是 0x804a014，所以printf("a = %p\n", a); 就是打印0x804a014 地址中的 4 个字节的数，也就是 a[ ] 数组中的第一个元素 1，所以打印 0x1，*a 就是取 0x1 地址中的数，但是这个地址值是留给操作系统的，不可访问，访问就会产生段错误。

3.a 和 &a 的区别

a 为数组首元素的地址
&a 为整个数组的地址
a 和 &a 的区别在于指针运算

这个就能看出 a + 1 和 &a + 1 的不同，a + 1 增加的步长是一个元素的大小，&a + 1 则是增加的步长是整个数组的大小。

下面看一个指针运算的经典问题：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int* p1 = (int*)(&a + 1); 
    int* p2 = (int*)((int)a + 1);
    int* p3 = (int*)(a + 1);
    
    printf("%d, %d, %d\n", p1[-1], p2[0], p3[1]);
    
    return 0;
}

输出结果如下：

p1[-1] 就是 *(p1 - 1)，由于 p1 指向的元素是 5 后面的位置，减 1 之后就指向了 5；p2 的地址是 0x804a015（注意 linux 系统为小端系统），*p2 就是 0x02000000，对应十进制的值就是 33554432；p3 的地址为 &a[1]，所以 p3[1] 就是 3 了。

4.数组参数

数组作为函数参数时，编译器将其编译成对应的指针

结论：一般情况下，当定义的函数中有数组参数时，需要定义另一个参数来标示数组的大小。

下面看一段代码：

#include <stdio.h>
 
void func1(char a[5])
{
    printf("In func1: sizeof(a) = %d\n", sizeof(a));
    
    *a = 'a';
    
    a = NULL;
}
 
void func2(char b[])
{
    printf("In func2: sizeof(b) = %d\n", sizeof(b));
    
    *b = 'b';
    
    b = NULL;
}
 
int main()
{
    char array[10] = {0};
    
    func1(array);
    
    printf("array[0] = %c\n", array[0]);
    
    func2(array);
    
    printf("array[0] = %c\n", array[0]);
    
    return 0;
}

输出结果如下：