C语言中指针的理解2：指针与数组

C语言中指针的理解2：指针与数组

• • 1.深入学习数组
  • 2.指针与数组的天生姻缘
  • 3.指针、数组与sizeof运算符

1.深入学习数组

1.1 从内存角度来理解数组

从内存角度讲，数组变量就是一次分配多个同类型的变量，并且这些变量在内存中的存储单元是连续依次分布的。

分开定义多个变量，比如int a, b, c, d;和一次定义一个数组int a[4];，这两种定义方法相同点是都定义了4个int型变量，而且这4个变量都是独立的单个使用的。不同点是单独定义时a、b、c、d在内存中的地址不一定相连，但是定义成数组后，数组中的4个元素地址肯定是连续依次相连的。

数组中多个变量虽然必须单独访问，但是因为它们的地址是连续分布的，因此很适合用指针来操作，于是数组和指针之间的关系就叫天生纠结在一起的。

1.2 从编译器角度来理解数组

从编译器角度来讲，数组变量也是变量，和普通变量和指针变量并没有本质区别。变量的本质就是一个地址，这个地址在编译器中决定具体数值，具体数值和变量名绑定，变量类型决定这个地址的延续长度。

1.3 数组中几个关键符号的理解

int a[5]={0,1,2,3,4};

a、a[0]、&a、&a[0]这4个符号搞清楚了，数组相关的很多问题都有答案了。理解这些符号的时候要和左值右值结合起来，也就是搞清楚每个符号分别做左值和右值时的不同含义。

• a就是数组名。a做左值时表示整个数组的所有空间：5×4=20字节，又因为C语言规定数组操作时要每个元素独立单个操作，不能整体操作数组，所以a不能做左值。a做右值表示数组首元素，也就是a[0]的首地址，首地址就是起始地址，就是4个字节中最开始第一个字节的地址，a做右值等同于&a[0];
• a[0]表示数组的首元素，也就是数组的第0个元素。a[0]做左值时表示数组第0个元素对应的连续4字节内存空间。做右值时表示数组第0个元素的值，也就是数组第0个元素对应的内存空间中存储的那个数。
• &a就是数组名a取地址，字面意思来看就应该是数组的地址。&a不能做左值，因为&a实质是一个常量而不是变量因此不能赋值，所以自然不能做左值。&a做右值时表示整个数组的首地址。
• &a[0]字面意思就是数组第0个元素的首地址，[]的优先级要高于&，所以a先和[]结合再取地址。做左值时表示数组首元素对应的内存空间，做右值时表示数组首元素的值，也就是数组首元素对应的内存空间中存储的那个数值。做右值时&a[0]等同于a。

解释：为什么数组的地址是常量？因为数组是编译器在内存中自动分配的。当我们每次执行程序时，运行时都会帮我们分配一块内存给这个数组，只要完成了分配，这个数组的地址就定好了，本次程序运行直到终止都无法再改了。在程序中只能通过&a来获取这个分配的地址，却不能去用赋值运算符修改它。

2.指针与数组的天生姻缘

2.1 指针方式访问数组元素

数组元素使用时不能整体访问，只能单个访问。访问方式有2种：

• 数组形式：数组名[下标];，注意下标从0开始。
• 指针形式：*(指针+偏移量);，如果指针是数组首元素地址，比如a或者&a[0]，那么偏移量就是下标。指针也可以不是首元素地址而是其他哪个元素的地址，这时候偏移量就要结合实际情况考虑了。

举个栗子：

#include<stdio.h>

int main(int argc,char**argv)
{
	int a[5]={0,1,2,3,4};
	for(int i=0;i<5;++i)
	{
		//数组形式访问元素
		printf("%d. ",a[i]);
	}
	printf("\n");
	
	int* p = &a[1];	//p指向数组的第2个元素a[1]
	*++p = 3;	//++优先级高于*，所以p先加1，指向a[2],然后解引用，修改的就是a[2]
	for(int i=0;i<5;++i)
	{
		printf("%d. ",a[i]);
	}
	printf("\n");
	
	return 0;
}

输出：

0. 1. 2. 3. 4. 
0. 1. 3. 3. 4. 

数组下标方式和指针方式均可以访问数组元素，两者的实质其实是一样的，在编译器内部都是用指针方式来访问数组元素的。数组下标方式只是编译器提供给编程者一种壳（语法糖）而已，所以用指针方式来访问数组才是本质的做法。

2.2 从内存角度理解指针访问数组的实质

数组的特点就是：数组中各个元素的地址是连续的，而且数组还有一个很大的特点（其实也是数组的一个限制）就是数组中各个元素的类型比较相同。类型相同就决定了每个数组元素占几个字节是相同的，比如int数组中每个元素都占4字节，没有例外。这两个特点就决定了只要知道数组中一个元素的地址，就可以很容易推算出其他元素的地址。

2.3 指针和数组类型的匹配问题

int a[5];
int *p; 	
p = a;		// 类型匹配
p = &a;		// 类型不匹配。p是int *，&a是整个数组的指针，也就是一个数组指针类型，不是int指针类型，所以不匹配

(2)&a、a、&a[0]从数值上来看是完全相等的，但是意义来看就不同了。从意义上来看，a和&a[0]是数组首元素首地址，而&a是整个数组的首地址；从类型来看，a和&a[0]是元素的指针，也就是int 类型；而&a是数组指针，是int ()[5];类型。

2.4 总结：指针类型决定了指针如何参与运算

指针参与运算时，因为指针变量本身存储的数值是表示地址的，所以运算也是地址的运算。指针参与运算的特点是：指针变量+1，并不是真的地址加1，而是地址+1*sizeof(指针类型)；比如int *指针，+1就实际表示地址+4，如果是char *指针，则+1就表示地址+1；如果是double *指针，则+1就表示地址+8.
(2)指针变量+1时实际不是加1而是加1×sizeof(指针类型)，主要原因是希望指针+1后刚好指向下一个元素，而不希望错位。

3.指针、数组与sizeof运算符

3.1 sizeof运算符的使用

sizeof是C语言的一个运算符，它不是函数，虽然用法很像函数。因为在不同平台下各种数据类型所占的内存字节数不尽相同，比如int类型在32位系统中为4字节，在16位系统中为2字节。所以程序中可以使用sizeof来判断变量或者数据类型在当前环境下占几个字节。

举个栗子：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main(int argc,char**argv)
{
	char str[] = "hello";  
	printf("size of str = %d.\n",sizeof(str));	
	printf("size of str[0] = %d.\n",sizeof(str[0]));	
	printf("strlen of str = %d.\n",strlen(str)	);	
	
	char *p=str;
	printf("sizeof(p) = %d.\n",sizeof(p));
	printf("sizeof(*p) = %d.\n",sizeof(*p));
	printf("strlen(p) = %d.\n",	strlen(p));
	
	return 0;
}

输出:

size of str = 6.
size of str[0] = 1.
strlen of str = 5.
sizeof(p) = 8.
sizeof(*p) = 1.
strlen(p) = 5.

32位系统中所有指针占4个字节，64位系统中所有指针占8个字节，不管是什么类型的指针。strlen()是一个C库函数，用来返回一个字符串的长度，字符串的长度是不计算字符串末尾的'\0'的。

3.2 sizeof使用的一些细节

1.sizeof测试一个变量本身，和sizeof测试这个变量的类型，结果是一样的。

举个栗子：

#include<stdio.h>

int main(int argc,char**argv)
{
	int n=10;
	printf("sizeof(n) = %d.\n",sizeof(n));//等价于sizeof(int)
	printf("sizeof(int) = %d.\n",sizeof(int));
	
	return 0;
}

输出：

sizeof(n) = 4.
sizeof(int) = 4.

inf func,sizeof(b) = 8.

---

2.sizeof(数组名) 的时候，数组名不做左值也不做右值，纯粹就是数组名的含义。那么sizeof(数组名) 实际返回的是整个数组所占用以字节为单位的内存空间。

举个栗子：

#include<stdio.h>

int main(int argc,char**argv)
{
	int b[100];
	printf("sizeof(b) = %d.\n",sizeof(b));
		
	return 0;
}

输出：

sizeof(b) = 400.

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3.函数传参的时候形参是可以用数组的，但是函数形参是数组时，实际传递是不是整个数组，而是数组的首元素首地址，也就是说函数传参用数组来传，实际相当于传递的是指针，该指针指向数组的首元素首地址。这里func(b)中的b等价于作右值，实际传递的就只有一个指针，所以这里的func()其实等价于下面func2()的写法。在一些需要传递数组的函数中，经常看到的写法是void func(int*a,int n);，其中n就是数组的大小，这是因为数组大小是不能直接通过传递数组来传递的，必须额外单独传递。

举个栗子：

#include<stdio.h>

void func(int b[])
{
	printf("in func,sizeof(b) = %d.\n",sizeof(b));	   
}

void func2(int* b)
{
	printf("in func,sizeof(b) = %d.\n",sizeof(b));	   
}

int main(int argc,char**argv)
{
	int b[100];

	func(b);	
	return 0;
}

输出：

in func,sizeof(b) = 8.

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4.指针定义与define和typedef结合的时候，定义的类型结果不一样，sizeof结果自然也不一样。

#include<stdio.h>

#define dpChar char*
typedef char* tpChar;

int main(int argc,char**argv)
{
	dpChar p1,p2;	//等价于char* p1,p2; p1是char*类型，p2是char类型	
	tpChar p3,p4;	//等价于char* p1;char* p2; p1,p2都是char*类型	
	
	return 0;
}