深入理解C语言中使用频率较高的指针与数组

定义

指针：C语言中某种数据类型的数据存储的内存地址，例如：指向各种整型的指针或者指向某个结构体的指针。

数组：若干个相同C语言数据类型的元素在连续内存中储存的一种形态。

数组在编译时就已经被确定下来，而指针直到运行时才能被真正的确定到底指向何方。所以数组的这些身份(内存)一旦确定下来就不能轻易的改变了，它们(内存)会伴随数组一生。

而指针则有很多的选择，在其一生他可以选择不同的生活方式，比如一个字符指针可以指向单个字符同时也可代表多个字符等。

指针和数组在C语言中使用频率是很高的，在极个别情况下，数组和指针是“通用的”，比如数组名表示这个数组第一个数据的指针。

如下代码：

#include <stdio.h>
char array[4] = {1, 2, 3, 4};
int main(void)
{
    char * p;
    int i = 0;
    p = array;
    for (; i < 4; i++)
    {
        printf("*array = %d\n", *p++);
    }
    return (0);
}

这里我们将数组名array作为数组第一个数据的指针赋值给p。但是不能写成*array++。准确来说数组名可以作为右值，不能作为左值(左值和右值的概念这里不再展开讲解)。

数组名的值其实是一个指针常量，这样我想你就明白了数组名为什么不能做为左值了。如果想用指针p访问array的下面2的数据，以下写法是合法的。

char data;
/*第一种写法*/
p = array;
data = p[2];
/*第二种写法*/
p = array;
data = *(p+2);
/*第三种写法*/
p = array + 

指针与二维数组

先说一下二维数组，二维数组在概念上是二维的，有行和列，但在内存中所有的数组元素都是连续排列的，它们之间没有“缝隙”。以下面的二维数组 a 为例：

int a[3][4] = { {0, 1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}, {8, 9, 10, 11} };

从概念上理解，a 的分布像一个矩阵：

• 0 1 2 3。
• 4 5 6 7。
• 8 9 10 11。

但是内存是连续的，没有这样的“矩阵内存”，所以二维数组a分布是连续的一块内存。

C语言允许把一个二维数组分解成多个一维数组来处理。对于数组 a，它可以分解成三个一维数组，即 a[0]、a[1]、a[2]。每一个一维数组又包含了 4 个元素，例如 a[0] 包含 a[0][0]、a[0][1]、a[0][2]、a[0][3]。那么定义如下指针如何理解呢?

int (*p)[4];

括号中的*表明 p 是一个指针，它指向一个数组，数组的类型为int [4]，这正是 a 所包含的每个一维数组的类型。那么和下面定义有什么区别呢?

int *p[4];

这里就要先说明*和[]的优先级了，[]的优先级是高于*的，所以int *p[4];等同于int *(p[4]);。所以它是一个指针数组。这里很绕，总接下：

int (*p)[4];是数组指针，它指向二维数组中每个一维数组的类型，它指向的是一个数组。

int *p[4];是指针数组，它是一个数组，数组中每个数是指向int型的指针。

指针数组与数组指针

对于指针数组，说的已经很明确了，不再详细讲解，下面说一下数组指针。举例看一下:

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a[3][4] = {{0, 1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}, {8, 9, 10, 11}};
    int(*p)[4];
    p = a;
    printf("%d\n", sizeof(*(p + 1)));
    return (0);
}

对于数组指针p如下：

那么printf("%d\n", sizeof(*(p + 1)));的结果就是16。如果想打印a[1][0]的值，代码如下：

printf("%d\n", *(*(p + 1)));

如果想打印a[1][1]的值，代码如下：

printf("%d\n", *(*(p + 1)+1));

这个代价自行体会，p是数组指针，它指向的是一个数组，所以对获取它指向的值，也就是*p，是指向一个数组还是一个值，指向a[0]。获取获取a[0][0]，就需要写成**p。

对指针进行加法(减法)运算时，它前进(后退)的步长与它指向的数据类型有关，p 指向的数据类型是int [4]，那么p+1就前进 4×4 = 16 个字节，p-1就后退 16 个字节，这正好是数组 a 所包含的每个一维数组的长度。也就是说，p+1会使得指针指向二维数组的下一行，p-1会使得指针指向数组的上一行。

最后再次捋一下数组指针和指针数组。

int *p1[4];是指针数组。

int (*p2)[4];是数组指针。

“[]”的优先级比“*”要高。

对于指针数组，p1先和“[]”结合，构成一个数组的定义，数组名为p1，int *修饰的是数组的内容，即数组的每个元素。那么它本质是一个数组，这个数组里有4个指向int类型数据的指针。

对于数组指针，“()”的优先级比“[]”高，“*”号和p2 构成一个指针的定义，指针变量名为p2，int 修饰的是数组的内容，即数组的每个元素。数组在这里并没有名字，是个匿名数组。那么它本质是一个指针，它指向一个包含4个int 类型数据的数组。

既然深入谈了指针数组和数组指针，就多聊一下。

#include <stdio.h>
int main()
{
    char a[5] = {'A', 'B', 'C', 'D'};
    char(*p3)[5] = &a;
    char(*p4)[5] = a;
    return 0;
}

上面代码是编译编译是报了waring的，报警如下:

注意：不同的编译器编译结果可能不同，我的编译方法请参考《使用vscode编译C语言》。p3 这个定义的“=”号两边的数据类型完全一致，而p4 这个定义的“=”号两边的数据类型就不一致了。左边的类型是指向整个数组的指针，右边的数据类型是指向单个字符的指针。所以才有了上面的警告。

但由于&a 和a 的值一样，而变量作为右值时编译器只是取变量的值，所以运行并没有什么问题。不过编译器仍然警告你别这么用。

再举一个栗子：

int vector[10];
int matrix[3][10];
int *vp,*vm;
vp = vector;
vm = matrix;

上面的代码第5行是错误的，因为vm是指向整型的指针，但是matrix不是指向正向的指针，他是指向整型数组的指针。下面是正确的写法：

int matrix[3][10];
int (*vm)[10];
vm = matrix;

数组指针的应用

上面说了那么多，可能大部分开发者用不到，数组指针在很多时候都是可以代替二维数组的，有些程序员喜欢用指针数组来代替多维数组，一个常见的用法就是处理字符串。

#include <stdio.h>
char *Names[] =
    {
        "Bill",
        "Sam",
        "Jim",
        "Paul",
        "Charles",
        0};
void main()
{
    char **nm = Names;
    while (*nm != 0)
        printf("%s \n", *nm++);
}

具体运行我就不讲解了，运行结果如下:

注意数组中的最后一个元素被初始化为0，while循环以次来判断是否到了数组末尾。具有零值的指针常常被用做循环数组的终止符。

这种零值的指针称为为空指针(NULL)。采用空指针作为终止符，在增删元素时就不必改动遍历数组的代码，因为此时数组仍然以空指针作为结束。

操作

写到这里想到一个“操作”，先看下面代码是否正确。

p[-1]=0;

初看这句代码，觉得奇怪，甚至觉得它就是错误，日常C语言开发基本有见到小标是负数的，但是仔细想想没有哪一本书说过下标能为负数的。看下面代码:

void main()
{
    int data[4] = {0, 1, 2, 3};
    int *p;
    p = data +2;
    printf("p[-1] is %d\n",p[-1]);
    printf("*(p-1) is %d\n",*(p-1));
}

运行结果如下:

不仅可以编译通过，还能正确的输出结果为1。这表明，C的下标引用和间接访问表达式是一样的。当然不鼓励这种操作，代码需要很强的可读性，而不是这样的操作，这里只是演示下标引用和简介表达式的关系。

总结