【C语言】指针和数组

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-06-17 00:50 238阅读 0赞

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。

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：  
1. 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。  
2. 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：  
C

*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。  
C

// 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。

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