c语言数组与指针详解(上)

彻底搞懂c语言数组与指针

部分引用

2. 程序设计入门————c语言 （浙江大学翁恺）
3. 《c primer plus》第六版

基础知识

1. 指针基础

• &:代表对变量取地址
• int*或char*或者把这个星号紧贴着变量比如int *a = &b: 代表新建一个用来储存地址的变量，这也代表&b这个值的类型是int*。

• int *a, b 或 int* a, b 中只有a是int指针类型，b是int整型。

• 关于电脑大小端的讨论：大端是指是指数据的高字节，保存在内存的低地址中，而数据的低字节，保存在内存的高地址中。小端是指数据的高字节保存在内存的高地址中,而数据的低字节保存在内在的低地址中。例如下图：
  

  
• 假设 int b=4; int *a = &b 则*a=4: 因为*a代表a变量中的地址所指的值。重复一下对比：&b是指针类型，值是地址；*b是实际指针b所指的变量的值。
• 如果打印地址则用%p，以16进制显示指针的值，而不是用%x，如: printf("%p\n", &i)

• 32位和64位下指针的长处不同，32位下为4个字节，和int一样，64位下8个字节。

2. 数组基础

• 数组特点：
  • 数组大小一旦定义不可改变
  • 所有的元素具有相同的数据类型
  • 数组中的元素在内存中是连续依次排列的
  • 数组的集成初始化：int a[] = {1,2,3,4,25,6,5,4}; 即让编译器自己来数元素的数量
  • 如果这样赋值：int a[3] = {2}; 则结果是这个数组有三个元素，a[0]=2,a[1]=0,a[2]=0;编译器自动补全后面的数字为0;
  • 集成初始化的定位：int a[6] = {[1] = 2, [3] = 3, 6}; 结果是 a[0]=0, a[1]=2, a[2]=0, a[3]=3, a[4]=6, a[5]=0; 适合初始数据稀疏的数组。
  • 如果想让定义的数组变成只读，即不可修改的类型，则可以在最前面加上一个const。如：const int a[2] = {2, 3, 4}; 当然此条也适用于二维数组。
  • 数组只有在最开始即定义初始化的时候可以集成赋值，下列赋值方法错误：int a[3] = {}; a[3] = {1,2,3}; 这时会错误，因为这是一个单个元素赋值的方法，况且a[3]已经超出了范围。
  • 求数组的大小，稳定的方法是 sizeof(a)/sizeof(a[0]) ; 就算修改初始数组a中的数据，也不用修改遍历时的代码；
  • 数组作为函数参数时，往往必须再用另一参数来传入数组的大小。
    • 不能在[]中给出数组的大小
    • 不能在函数中再利用sizeof计算数组的元素的个数
  • 定义数组a, b：int a[10]; b=[]; 则不能直接用b=a来给数组b赋值。
  • 对于数组a，&a=a=&a[0]
• 二维数组：
  • int a[2][3] 相当于一个2行3列的矩阵
  • int a[0][0] 表示第一行第一列，意味着下标同样也是从0开始
  • 二维数组的遍历需要嵌套for循环
  • a[i][j]表示第i行第j列的元素，a[i,j]是一个表达式，相当于a[j]，没有意义，会报错。
  • 二维数组初始化的时候列数可以省略，行数可以由编译器来数。例如：inta[][5] = {{0,1,2,3,4},{2,3,4,5,6}};
  • 初始化二维数组的两种方法：部分初始化则将剩下的那部分赋值为0
    • int a[2][3] = {{5, 6}，{7, 8}}; 则a[0][0]=5, a[0][1]=6, a[0][2]=0, a[1][0]=7, a[1][1]=8, a[1][2]=0;
    • int a[2][3] = {5, 6, 7, 8}; 则a[0][0]=5, a[0][1]=6, a[0][2]=7, a[1][0]=8, a[1][1]=0, a[1][2]=0;
  • 三位数组理解方法：比如int box[10][20][30]; 则可以理解成由10个二维数组（每个是20行30列）堆叠起来，这20个数组元素中的每个元素是内含30个元素的数组。

通过程序加深理解一些概念

1. 数组的名字就相当于这个数组第一个元素的内存地址：

#include <stdio.h> 

int main(){
    int a[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};  //定义一个整型数组，这里a实质上是一个指向数组中第一个数据a[0]的指针
    int *p=a;  

    printf("%d\n",*p);
    printf("%d",*(p+1));    
    
    return 0;
} 

返回结果为：
1
2

2. 利用指针对数组进行初始化

#include <stdio.h>

int main(){
    int d[10];
    int *e;
    
    e=&d[0]; //e保存了数组d的第一个数据的地址
    
    for (int i=0; i<10; i++){
        *e = i; //把该地址中的数据依次赋值0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 
        e++; //地址累加一次，也就是数组中下一个数据的地址
    } 
    
    for (int i=0; i<10; i++){  
        printf("%d\n", d[i]);  //打印数组d中的所有元素 
    } 
    return 0;
    
} 

3. 数组作为函数参数时，往往必须再用另一参数来传入数组的大小。

• 不能在[]中给出数组的大小
• 不能在函数中再利用sizeof计算数组的元素的个数
• 声明数组形参时，下列方法等价：(函数原型可以省略参数名)切记：此为函数声明时用法，不可直接引用于函数定义
  • int sum(int *a, int len);
  • int sum(int *, int);
  • int sum(int ar[], int n);
  • int sum(int [], int);
• 函数定义中不能省略参数名，以下两种方法可行且等价：
  • int sum(int *a, int len)
    {
    //省略其他代码
    }
  • int sum(int a[], int len)
    {
    //省略其他代码
    }

#include <stdio.h>
//此方法为最简单，最基础的数组遍历 
int search(int key, int a[], int len)

int main()
{
    int a[]= {1,3,5,2,9,4,12,23,15,32};
    int r = search (12, a, sizeof(a)/sizeof(a[0]));   //传入参数的时候在main函数中计算好函数的个数传入到search函数中；另外，此处a传入的时a[0]元素的地址。
    printf("%d\n", r);
    return 0;
 } 
 
int search(int key, int a[], int len)   //len变量必须要加，因为在search函数中无法用sizeof函数计算数组的大小
{
    int ret = -1;
    int i;
    for (i=0; i<len; i++){
        if (key == a[i]){
            ret = i;
            break;
        }
    }
    return ret;
}

4. 二维数组中数组名的含义

#include<stdio.h>

int main(){
    int a[2][3]={{1,2,3},{4,5,6}};
    
    printf("%p\n",a);   //输出指针a数据，也就是指针a[0]的地址 
    printf("%p\n",a+1);   //输出a+1的数据 ，也就是a[1]的地址
    printf("%p\n",&a[0]);
    printf("%p\n",&a[1]);     //验证上述
    printf("%p\n",(*a)+1);  //输出的是a[0][1]的地址
    printf("%p\n",&a[0][1]);   //验证
    printf("%d\n",*(a[0]));  //输出的是a[0]a[0]的值 
    printf("%d\n",*(*(a+1)+1));  //输出的是a[1][1]的值 
}

注意：a是一个2行3列的数值，a+1表示的a[1]值所在的地址，a[1]的值又代表a[1][0]的值所在的地址

5. int与char指针类型的区别

int i=2; int *a=&i 和 char j='m'; char *b=&j 区别在于：int占据四个字节，a中虽然记载的i的第一个字节的地址，但是由于a是int类型的指针，*a读取的时候自动再往后读3个字节；而b是char类型的指针，则只读取当前记录的这一个字节，自然不能用指针b来保存int i的值。

#include <stdio.h>

int main(){
    int i = 2;
    int j = 's';
    
    int *a = &i;
    char *b = &i;
    
    int *m = &j;
    char *n = &j;
    
    printf("%d\n", *a);
    printf("%d\n", *b);  //会产生warning 
    /* 解释为什么前两行输出为什么一样：
     * 在存储中，2作为int存储为 00000010 00000000 00000000 00000000 四个字节，用此种表示方法是因为我的电脑是个小端电脑（little-endian）。详述见下条。
     * a 和 b 所记录的都是四个字节中第一个字节的地址，*a读取到的是4个完整的字节，而*b读取到的是第一个字节 00000010，由于巧合，二者所代表的都是数字1。 
     */

    printf("%c\n", *m);  //会产生warning
    printf("%c\n", *n);
    
    return 0; 
} 

6. 指针内存位置理解深入剖析（一定在自己的电脑上运行试下）

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    char c = 'c', d = 'd';
    int *m, *n;
    char *j, *k;

    m = &a;
    n = &b;
    j = &c;
    k = &d;
    
    printf("int变量在内存中的存储情况");
    printf("a  %p\n", m);
    printf("b  %p\n", n); 
    //由于栈自顶向下的存储方法，内存位置上a与b两个元素是紧邻着的，a位置高，b低，相差四个字节。 
    printf("\n");
    printf("对int指针变量+1会得到什么结果，实际改变几个字节？\n");
    printf("&b+1  %p\n", n+1);
    printf("&a-&b %d\n", m-n);
    //上两个语句测试得到结果，a与b的地址m，n相差并不是4而是1。因为相差的是存储单元数而不是字节数 
    printf("\n");
    printf("char指针变量什么情况，本来就相差1个字节？\n");
    printf("c  %p\n", j);
    printf("d  %p\n", k);
    //由于char变量只占1个字节，所以这两个变量位置地址相差为1 
    printf("\n");
    printf("\n");
    
    printf("int型指针变量占据几个字节？\n");
    printf("&m  %p\n", &m);
    printf("&n  %p\n", &n);
    printf("char型指针变量占据几个字节？\n");
    printf("&j  %p\n", &j);
    printf("&k  %p\n", &k); 
    //可以得到，在64位系统上，像m,n这种指针本身的存储都是占据8个字节，不管是char类型还是int类型。 
    
    return 0;
 } 

一句话概括指针的加减：指针加1，指针的值递增它所指向类型的大小（以字节位单位）
dates + 2 == &dates[2]
*(dates + 2) == dates[2]