C语言零基础讲解指针和数组
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：
这段代码就说明数组参数退化成指针，因为 sizeof(a) 为 4 个字节，而不是 5 个字节。
5.小结
数组名和指针仅使用方式相同
- 数组名的本质不是指针
- 指针的本质不是数组
数组名并不是数组的地址，而是数组首元素的地址
函数的数组参数退化为指针
