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直击C语言——指针和数组基础

直击C语言——指针和数组基础

作者: Python编程导师 | 来源:发表于2018-12-24 14:15 被阅读42次

    关于C语言中指针和数组的争论就像是一场恶战。一方面,有些人觉得,所有人都必须承认指针与数组是不同的。而另一些人则认为数组被当成指针来处理,因此它们不应该有什么区别。这种现象让人迷惑。然而,这两种说法其实都是正确的。

    数组不是指针,指针也不能说是数组。在C语言中,指针仅在内存中代表一个地址,而数组是许多连续的内存块,多个类型相似的元素存储在其中。在C语言的绝大多数情况下,数组被当作指针来处理,这也是使人困惑的地方。

    数组表示法vs指针表示法

    数组被当作指针来处理,具体指的下面两条:

    数组名变量代表了数组中第一个元素的地址。它并不是一个指针,但却表现得像一个不能被修改的常指针一样。

    程序在与数组交互的时候,用指针表示法代替数组表示法。

    我们来看点代码吧。

    // 初始化数组

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

    // 标准数组表示法

    int *ptr1 = numbers;

    int val1 = numbers[0];

    // 数组表示法取地址

    int *ptr2 = &numbers[0];

    int val2 = *(&numbers[0]);

    // 指针加偏移表示法

    int *ptr3 = numbers + 0;

    int val3 = *(numbers + 0);

    // 输出指针中的地址

    printf("*ptr1 = %p\n", (void *)ptr1);

    printf("*ptr2 = %p\n", (void *)ptr2);

    printf("*ptr3 = %p\n", (void *)ptr3);

    // 输出地址指向的int值

    printf("val1 = %d\n", val1);

    printf("val2 = %d\n", val1);

    printf("val3 = %d\n", val1);

    我们声明了一个包含5个int的数组,并将数组名变量numbers赋给了一个int指针,ptr1。numbers代表了这个数组第一个元素的地址,将其赋给ptr1正是把它当成了指针来使用。接着我们用数组表示法访问了第一个元素的值。

    第二个例子中,我们用数组表示法取了数组中第一个元素的地址,之后我们用解引用第一个元素所在地址的方法访问了它。

    第三个例子中,我们用指针运算将数组中第一个元素的地址赋值给ptr3,之后我们解引用相同的地址来得到它的值。

    最后我们将所有存储在指针中的地址和所有在这些地址的int值输出到屏幕上。运行这段代码,你会得到类似下面的输出:

    *ptr1 = 0x7fff6be1de60

    *ptr2 = 0x7fff6be1de60

    *ptr3 = 0x7fff6be1de60

    val1 = 1

    val2 = 1

    val3 = 1

    所有值都是相同的。接下来再看看下面的代码:

    // 初始化数组

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

    int i = 0;

    // 用数组表示法输出元素

    for (i = 0; i < 5; i++ ) {

      int value = numbers[i];

      printf("numbers[%d] = %d\n", i, value);

    }

    // 用指针加偏移输出元素(真讨厌)

    for (i = 0; i < 5; i++ ) {

      int value = *(numbers + i);

      printf("*(numbers + %d) = %d\n", i, value);

    }

    // 仅用一个指针输出元素

    int *ptr = numbers;

    for (i = 0; i < 5; i++ ) {

      int value = *ptr++;

      printf("%d, *ptr++ = %d\n", i, value);

    }

    运行它,你会得到以下输出:

    numbers[0] = 1

    numbers[1] = 2

    numbers[2] = 3

    numbers[3] = 4

    numbers[4] = 5

    *(numbers + 0) = 1

    *(numbers + 1) = 2

    *(numbers + 2) = 3

    *(numbers + 3) = 4

    *(numbers + 4) = 5

    0, *ptr++ = 1

    1, *ptr++ = 2

    2, *ptr++ = 3

    3, *ptr++ = 4

    4, *ptr++ = 5

    就像你看到的那样,所有过程得到了相同的结果。

    数组表示法实际上就是指针运算。C语言标准只是将numbers[0]定义为*(numbers + 0)的语法糖。(译者注:语法糖,它意指那些没有给计算机语言添加新功能,而只是对人类来说更容易理解的语法。)无论何时,你写下一个数组表示法,比方说numbers[2],都会被编译器转换为*(numbers + 2)。这里,numbers表示数组中第一个元素的地址,+2则表示用于指针运算的偏移量。

    数组变量

    我们已经展示了,数组常被当作指针来处理,而且对于C编译器而言数组表示法就是指针运算。一些人自然而然地就做出了这样的假设:既然数组能被当成指针,指针也应该能赋值给数组。这是不对的,数组名变量不能被改变。我们看看下面的代码吧。

    // 初始化数组

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

    int numbers2[5] = {6,7,8,9,0};

    int *ptr = numbers2;

    // 这不能通过编译

    numbers = numbers2;

    numbers = &numbers2;

    numbers = ptr;

    这段代码不能通过编译。试一试,你会得到以下输出。

    incompatible types when assigning to type ‘int[5]’ from type ‘int *’

    incompatible types when assigning to type ‘int[5]’ from type ‘int (*)[5]’

    incompatible types when assigning to type ‘int[5]’ from type ‘int *’

    虽然数组名变量代表了数组第一个元素的地址,它却表现得像一个不能被更改的常指针一样。它不能接受一个别的数组名变量或是指向另一个数组的指针的赋值。思考一下,如果你有一个数组名变量A代表一个数组,而且你能够改变A的地址,那被A指向的内存将会发生生么?

    接下来看看这段能够编译的代码。

    // 初始化数组

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

    int numbers2[5] = {6,7,8,9,0};

    int *ptr1 = numbers;

    int *ptr2 = numbers2;

    // 能通过编译

    ptr1 = ptr2;

    // 输出地址

    printf("numbers = %p\n", (void *)numbers);

    printf("numbers2 = %p\n", (void *)numbers2);

    printf("ptr1 = %p\n", (void *)ptr1);

    printf("ptr2 = %p\n", (void *)ptr2);

    它会输出这样的结果:

    numbers = 0x7fff5ea3d230

    numbers2 = 0x7fff5ea3d250

    ptr1 = 0x7fff5ea3d250

    ptr2 = 0x7fff5ea3d250

    虽然不能直接改变数组名变量,我们仍然改变一个指向这个数组的指针。代码中,我们创建了两个数组,两个int指针。我们将numbers赋给了ptr1,将numbers2赋给了ptr2。接着我们将ptr2赋给了ptr1,最后输出结果。可以看到,ptr1和ptr2都指向了numbers2数组的第一个元素。

    总结

    我希望你们能够喜欢这篇对C语言中数组和指针的概述。我们没有囊括关于指针和数组的一切知识,但足以作为一个开始。

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