C/C++数组和指针学习总结

我不是女神ヾ 2022-12-05 15:16 146阅读 0赞

# 指针和数组的区别与联系 #

*  **数组是用于存储多个相同类型数据的集合**
 *  **指针是一个存储内存地址的变量（或数据对象）**
 *  使用sizeof：  
    – 指针的所占的内存空间为4字节（32位）或8字节（64位）  
    – 对数组使用sizeof，返回的是整个内存块的大小，即元素个数\*元素所占内存，数组作为参数传递时，数组名退化成了一个指针，使用sizeof返回的是指针的大小4或8。

与指针相关的运算符

*  地址运算符 &  
    后跟一个变量名时，&给出该变量的地址。**&a表示变量a的地址**
 *  地址运算符 \*  
    后跟一个指针名或地址时，\* 给出存储在指针地址上的值。  
    \**b=a；//表示把a指向的地址上的值赋给b。*

# 声明指针 #

声明指针变量时，必须指定指针所指向变量的类型，因为不同的变量类型占用不同的存储空间。一些指针操作需要知道操作对象的大小。另外，程序必须知道储存在指定地址上的数据类型。

> int \* pi;//pi是指向int类型变量的指针

//使用指针解决交换函数的问题 
    #include<stdio.h>
    //void interchange(int * u,int * v);
    //可以省略ANSI C风格的函数原型中的形参名：
    void interchange(int *, int *); 
    
    int main(void)
    {
        
    	int x = 5,y = 10;
    	printf("Originally x = %d and y = %d.\n",x,y);
    	interchange(&x,&y); //把地址发送给函数
    	printf("Now x = %d and y = %d.\n",x,y);
    	
    	return 0; 
    } 
    void interchange(int * u, int * v)
    {
        
    	int temp;
    	temp = *u;
    	*u = *v;//*u表示x的值，*v表示y的值， *u = *v相当于 x = y 
    	*v = temp;
    }

# 变量：名称、地址和值 #

编写程序时，可认为变量有两个属性：名称和值。  
计算机编译和加载时，也认为变量有两个属性：地址和值。地址就是变量在计算及内部的名称。

//数组学习
    #include<stdio.h>
    int main(void){
        
    	const int days[] = {
        31,28,31,30,31,30,31,31,30,31};
    	int index;
    	//sizeof 是以字节为单位返回对象的大小， 一个int是四个字节大小，数组内部有10个int类型的变量，所以数组days的大小为40 
    	printf("%d\n",sizeof(int));
    	printf("%d\n",sizeof days);
    	printf("%d\n",sizeof days[0]);
    	//整个数组的大小除以单个元素的大小就是数组元素的个数 
    	for (index = 0; index < sizeof days / sizeof days[0]; index++)
    		printf("Month %2d has %3d days.\n",index + 1,days[index]);	
    	return 0;
    }

# 指定初始化器（C99） #

C99增加了一个新特性：指定初始化器。利用该特性可以初始化指定的数组元素。例如只初始化数组中的最后一个元素。

# 给数组赋值 #

*  C 不允许把数组作为一个单元赋给另一个数组
 *  除了初始化以外不允许使用花括号列表的形式赋值。
 *  只有在定义数组时才能使用初始化

// 一些错误的数组赋值
    int oxen[5] = {
        5,3,2,1};// 初始化没问题
    int yaks[5];
    
    yaks = oxen;  //不允许
    yaks[5] = oxen[5]; //数组下标越界
    yaks[5] = {
        5,3,2,6}; //不起作用
    //oxen数组的最后一个元素为oxen[4],所以oxen[5]和yaks[5]都超出了两个数组的末尾。

# C++11的列表初始化 #

int a[]{
        1,2,3,4};//初始化数组时可以省略等号
    double b[12]{
        };//把所有元素设为0

# 数组边界 #

在使用数组时，要防止数组下标越界，也就是要确保下标是有效的值。

int arr1[6] = {
        0,0,0,0,0,212} ;//数组下标应为0~5
    	printf("%d\n",arr1[99]);//但编译器不会报错。

在C标准中，使用越界下标的结果是未定义的。因为信任程序员，不检查边界，提高运行速度。

# 指针和数组 #

//指针地址
    #include<stdio.h>
    #define SIZE 4
    int main(void){
        
    	int dates[SIZE];
    	int * pti;
    	int index;
    	double bills[SIZE];
    	double * ptf;
    	pti = dates;//把数组地址赋给指针 
    	ptf = bills;
    	printf("23s %15s\n","short","double");
    	for (index = 0; index < SIZE; index++)
    		printf("pointers + %d: %p %p\n", index, pti + index, ptf + index);
    	return 0; 
    }

结果：

int          double
    pointers + 0: 000000000024FE20 000000000024FE00
    pointers + 1: 000000000024FE24 000000000024FE08
    pointers + 2: 000000000024FE28 000000000024FE10
    pointers + 3: 000000000024FE2C 000000000024FE18

地址按字节编址，short类型占用2字节，int占8字节，double占8字节。在C中，**指针加一指的是增加一个储存单元**，对数组而言，这意味着加一后的地址是**下一个元素的地址**。而不是下一个字节的地址。这也是为什么必须声明指针所指向的数据类型的原因之一。

*  指针的值是他所指向对象的地址，地址的表示方式依赖计算及内部的硬件。许多计算机都是按**字节编址**，意思是内存中的每一个字节都是按顺序编号，一个较大对象的地址（如double类型的变量）通常是该对象第一个字节的地址。
 *  在指针前面使用\*运算符可以得到该指针所指向对象的值。
 *  指针加一，指针的值递增它所指向类型的大小（以字节为单位）。

dates + 2 == &date[2] //相同的地址
    *(dates + 2) == dates[2] //相同的值

# 函数、数组和指针 #

#include<stdio.h>
    #define SIZE 10
    //以下四种函数声明等价 
    int sum(int ar[], int n);
    //int sum(int *ar,int n);
    //int sum (int *, int);
    //int sum(int [], int);
    int main(void){
        
    	int a = 1;
    	 printf("%u bytes.\n",sizeof &a);	
    	int marbles[SIZE] = {
        20,10,5,6,8,99,77,88,66,31};
    	long answer;//出于安全考虑，求和后的结果可能会内存溢出，所以用long类型 
    	answer = sum(marbles,SIZE);
    	printf("The total number of marbles is %ld.\n", answer);
    	printf("The size of marbles is %u bytes.\n",sizeof marbles);	
    	return 0; 
    } 
    //另一种函数定义：
    //int sum(int *ar, int n){}  
    int sum(int ar[], int n){
        
    	int i;
    	int total = 0;
    	for(i = 0; i < n; i++)
    		total += ar[i];	
    	//传入的是个指针，ar并不是数组本身，它是一个指向marbles数组首元素的指针 
    	//为什么是 8 bytes， 因为我们的系统用8字节存储地址，所以指针变量的大小是8 字节（其他系统可能不是用8字节保存地址） 
    	printf("The size of ar is %u bytes.\n", sizeof ar);
    	printf("The value of ar[0] is %d.\n", *ar);
    	return total;
    }
    /*
    结果：
    The size of ar is 8 bytes.
    The value of ar[0] is 20.
    The total number of marbles is 410.
    The size of marbles is 40 bytes.
    */
    */

/*指针运算中的优先级*/
    #include<stdio.h>
    int data[2] = {
        100,200};
    int moredata[2] = {
        300,400};
    int main(void){
        
    	int *p1, *p2,*p3;
    	p1 = p2 = data;
    	p3 = moredata;
    	printf(" *p1   = %d, *p2   = %d, *p3     = %d\n",*p1, *p2, *p3);
    	printf(" *p1++ = %d, *++p2 = %d, (*p3)++ = %d\n",*p1++, *++p2, (*p3)++);
    	printf(" *p1   = %d, *p2   = %d, *p3     = %d\n",*p1, *p2, *p3);
    	return 0;
    } 
    结果：
     *p1   = 100, *p2   = 100, *p3     = 300
     *p1++ = 100, *++p2 = 200, (*p3)++ = 300
     *p1   = 200, *p2   = 200, *p3     = 301

# 指针操作 #

/*指针操作*/
    #include<stdio.h>
    int main(void){
        
    	
    	int urn[5] = {
         100, 200, 300, 400, 500};
    	int * p1, *p2, *p3;
    	p1 = urn;// 把一个地址赋给指针 
    	p2 = &urn[2];//也是把一个地址赋给指针 
    	
    	printf("pointer value, dereferenced pointer, pointer address:\n");
    	//p1是个指针变量，它的值是urn的首元素的地址，所以打印p1展示的是urn[0]的地址 
    	//*p1是把p1的值，也就是p1所指向的地址上的值取出来，也就是urn[0]的值
    	//因为指针也是个变量，&p1就是把p1的地址取出来， 
    	printf("&urn[0] = %p, p1 = %p, *p1 = %d, &p1 = %p\n",&urn[0], p1,*p1, &p1);
    	printf("\n********************************************************************************\n");
    	//指针加法
    	p3 = p1 + 4;
    	printf("\nadding an int to a pointer:\n");
    	printf("&urn[4] = %p, urn[4] = %d\n", &urn[4], urn[4]);
    	printf("p1 + 4 = %p, *(p1+4) = %d\n", p1 + 4, *(p1 + 4));
    	printf("\n***********************************************************************************\n");
    	
    	p1++;
    	printf("\nvalues after p1++:\n");
    	//p1++就是指向下一个存储地址，也就是urn[1],p1不管是++还是--改变的是它的值，而不是p1的地址，所以&p1不会变 
    	printf("&urn[1] = %p, urn[1] = %d\n", &urn[1], urn[1]);
    	printf("p1 = %p, *p1 = %d, &p1 = %p\n", p1, *p1, &p1);
    	printf("\n***********************************************************************************\n");
    	
    	p2--;
    	printf("\nvalues after p2--:\n");
    	//p2--是指向上一个存储地址，也就是urn[1] 
    	printf("p2 = %p, *p2 = %d, &p2 = %p\n", p2,*p2, &p2);	
    	--p1;//恢复为初始值 
    	++p2;//恢复为初始值 
    	printf("\n***********************************************************************************\n");	
    	printf("\nPointers reset to original values:\n");
    	printf("&urn[1] = %p, &urn[2] = %p\n", &urn[0], &urn[2]);
    	printf("p1      = %p, p2       = %p\n",p1,p2); 
    	return 0;
    }

**指针变量的基本操作：**

*  **赋值**：可以把地址赋给指针。注意地址应该和指针类型兼容，比如不能把double类型的地址赋给指向int的指针。
 *  **解引用**：\*运算符给出指针指向地址上储存的值。
 *  **取址**：和所有变量一样，指针变量也有自己的地址和值。对指针而言，&运算符给出指针本身的地址。
 *  **指针与整数相加**：整数都会和指针所指向对象的大小（以字节为单位）相乘，然后把结果和初始地址相加。如果相加的结果超出了初始指针所指向的数组范围，计算结果则是未定义的。除非正好超过数组末尾的第一个位置，C保证该指针有效。
 *  **递增指针**：递增指向数组元素的指针可以让该指针移动至数组的下一个元素。
 *  **递减指针**：与递增同理。
 *  **指针减去一个整数**：同整数相加同理，不过指针必须是第一个运算对象，整数是第2的运算对象，如p1-3，而不是3-p1.
 *  **指针求差**：可以计算两个指针的差值。通常求差的两个指针分别指向同一个数组的不同元素，计算两元素的距离。要求是都指向同一数组。
 *  **比较**：使用关系运算符可以比较两个指针的值，前提是都指向同类型的对象。  
    **注意事项：**  
    **不要解引用未初始化的指针**：

int * pt;//未初始化的指针 
    	*pt = 5;//严重的错误

创建一个指针时，系统只分配了储存指针本身的内存，并未分配储存数据的内存，因此在使用指针之前，必须先用已分配的地址初始化它。

# 保护数组中的数据 #

编写一个处理基本类型（如，int）的函数时，可以选择是传递int类型的值还是传递指向int的指针。通常是直接传递数值，只有程序需要在函数中改变该数值时才传递指针。对于数组，则必须传递指针，因为效率高。  
但传递地址会导致一些问题，处理数组的函数通常都需要使用原始数据，这样的函数会修改原始数组，但是有时我们并不希望修改原数组，  
为了解决该问题，可以在函数形参中使用const关键字：

int sum(const int ar[], int n);

const关键字告诉编译器，该函数不能修改ar指向的数组中的内容。这样使用const关键字并不是要求原数组为常量，而是该函数在处理数组时要将其视为常量，不可更改。

# 指针和多维数组 #

//指针和多维数组
    #include<stdio.h>
    int main(void){
        
    	int zippo[4][2] = {
        {
        2,4},{
        5,8},{
        9,78},{
        56,40}};
    	/*
    		因为数组名zippo是数组首元素的地址，所以zippo的值和  &zippo[0] 的值相同。而zippo[0]本身也是个数组
    		所以zippo[0]的值和它首元素的地址（即 &zippo[0][0]的值）相同，
    		zippo[0]是一个占用一个int大小对象的地址，而zippo是一个占用两个int大小对象的地址。
    		由于这个整数和内含两个整数的数组都开始于同一个地址，所以zippo和zippo[0]的地址相同。
    		（对于数组，取地址可以省去 & 符合） 
    	*/	
    	printf("   zippo = %p,    zippo[0] = %p,    zippo[0][0] = %p\n", zippo, zippo[0], &zippo[0][0]);
    	/*
    	运行结果： 
    		   zippo = 000000000024FE30,    zippo[0] = 000000000024FE30,    zippo[0][0] = 000000000024FE30
    	*/
    	printf("\n ******************************************************\n");
    	 /*
    	 	由于zippo是一个指向占用两个int大小对象的地址，所以zippo + 1会跳过两个地址，与zippo[1] 的地址相同
    		 而zippo[0]是指向占用一个int大小对象的地址，所以zippo[0] + 1会指向zippo[0][1]的地址。 
    	 */ 
    	printf("zippo + 1 = %p,   zippo[0] + 1 = %p\n",zippo + 1, zippo[0] + 1);
    	printf("zippo[1] = %p,   zippo[0][1] = %p\n",zippo[1], &zippo[0][1]);
    	printf("\n ******************************************************\n");
    	/*
    		*zippo代表该数组首元素（zippo[0])的值，但是zippo[0]本身是一个int类型值的地址。 
    		该值的地址是 &zippo[0][0],所以*zippo就是&zippo[0][0]; 而*zippo + 1 则是 &zippo[0][1]
    	*/
    	printf("*zippo = %p,    *zippo + 1 = %p\n",*zippo, *zippo + 1);
    	printf("\n ******************************************************\n");	
    	/*
    		由于*zippo等价于&zippo[0][0]，所以**zippo等价于*&zippo[0][0]
    		而zippo[0]也等价于 &zippo[0][0]，所以 *zippo也等价于*&zippo[0][0]
    	*/
    	printf("zippo[0][0] = %d,    *zippo[0] = %d,    **zippo = %d\n", zippo[0][0], *zippo[0],**zippo);
    	printf("\n ******************************************************\n");	
    	printf("zippo[2][1] = %d,    *(*(zippo+2) + 1) = %d\n", zippo[2][1], *(*(zippo+2) + 1));	
    	
    	return 0;
    }

# 指向多维数组的指针 #

//指向多维数组的指针
    #include<stdio.h>
    int main(void){
        
    	int zippo[4][2] = {
        {
        2,4},{
        5,8},{
        9,78},{
        56,40}};
    	/*
    		pz指向一个内含两个int类型的数组
    		pz为指向一个数组的指针，该数组内含两个int类型值，
    		为什么要在声明中使用括号？因为[]的优先级高于*，考虑下面的声明：
    		int * pax[2]; //pax是一个内含两个指针元素的数组，每个元素都指向int的指针
    		由于[]优先级更高，先与pax结合，所以pax成为一个内含两个元素的数组，然后 * 表示pax数组内含两个空指针，
    		最后，int表示pax数组中的指针都指向int类型的值。 
    	*/
    	int (*pz)[2];
    	pz = zippo;
    	printf("pz = %p,    pz + 1 = %p\n", pz, pz + 1);
    	printf("pz[0] = %p, pz[0] + 1 = %p\n", pz[0],pz[0] + 1);
    	printf("*pz = %p,  *pz + 1 = %p\n",*pz,*pz+1);
    	printf("pz[0][0] = %d\n",pz[0][0]);
    	printf("*pz[0] = %d\n",pz[0][0]);
    	printf("**pz = %d\n",**pz);
    	printf("pz[2][1] = %d\n",pz[2][1]);
    	printf("*(*(pz+2) + 1) = %d\n",*(*(pz + 2) + 1));
    	return 0;
    }

# 函数和多维数组 #

//函数和多维数组
    #include<stdio.h>
    #define ROWS 3
    #define COLS 4
    void sum_rows(int arr[][COLS], int rows);
    void sum_cols(int [][COLS], int); //省略形参名，没问题
    int sum2d(int(*arr)[COLS], int rows);
    int main(void){
        
    	int junk[ROWS][COLS] = {
        
    		{
        2,4,6,8},
    		{
        3,5,7,9},
    		{
        12,10,8,6}
    	}; 
    	
    	sum_rows(junk,ROWS);
    	sum_cols(junk,ROWS);
    	printf("Sum of all elements = %d\n",sum2d(junk,ROWS));
    	
    	return 0;
    } 
    
    void sum_rows(int arr[][COLS], int rows){
        
    	int r;
    	int c;
    	int tot;
    	printf("%d",arr[0][0]);
    	for(r = 0; r < rows; r++){
        
    		tot = 0;
    		for( c = 0; c < COLS;c++)
    			tot += arr[r][c];	
    		printf("row %d: sum = %d\n", r, tot);
    		
    	}
    }
    
    void sum_cols(int arr[][COLS], int rows){
        
    	int r;
    	int c;
    	int tot;
    	for(c = 0; c < COLS; c++){
        
    		tot = 0;
    		for(r = 0; r < rows;r++)
    			tot += arr[r][c];
    		printf("col %d: sum = %d\n",c, tot);
    	}
    }
    
    int sum2d(int arr[][COLS], int rows){
        
    	int r;
    	int c;
    	int tot = 0;
    	for(r = 0; r < rows; r++){
        
    		for(c = 0; c < COLS;c++)
    			tot += arr[r][c];
    	}
    	return tot;
    }

注意，下面的声明不正确：

int sum(int arr[][], int rows);//错误的声明

编译器会把数组表示法转换成指针表示法，例如，编译器会把arr\[1\]转换成arr + 1.编译器对arr +1求值，要知道ar所指向的对象的大小。

int sum(int arr[][4], int rows);//有效的声明

表示arr指向一个内含4个int类型值的数组，，如果第二个方括号是空的，编译器就不知道怎么处理了，也可以在第一对方括号中写上大小，但是编译器会忽略该值。

# void指针 #

无类型指针：void \*pi，也指向内存地址，但不指定这个地址单元内的数据类型。  
**不可以直接赋值给其他类型的指针**；访问内存数据时，必须进行**强制转换**，才可以间接访问内存数据。  
不会单独使用，只是作为指针类型转换的中介。比如：通过内存区域的复制函数：memcpy()。原理：将某种类型数据的地址转换 void 指针，进行复制后，再强制转换为原理的地址类型。

由于 void 指针没有特定的类型，因此它可以指向任何类型的数据。也就是说，任何类型的指针都可以直接赋值给 void 指针，而无需进行其他相关的强制类型转换。  
如：

void *p1;
    int *p2;
    p1 = p2;

但这并不意味着可以无需任何强制类型转换就将 void 指针直接赋给其他类型的指针：

void *p1;
    	int *p2;
    	p2 = p1;//错误
    	p2 = (int *)p1;//正确

**如果函数的参数可以是任意类型指针，应该将其参数声明为 void**\*

```cpp
    void printM(int ** mat) {
        
    	for (int i = 0; i < 4; i++)
    	{
        
    		for (int j = 0; j < 5; j++)
    		{
        
    			cout << mat[i][j] << " ";
    		}
    		cout << "" << endl;
    	}
    }
    void initM(int ** mat) {
        
    	for (int i = 0; i < 4; i++)
    	{
        
    		for (int j = 0; j < 5; j++)
    		{
        
    			mat[i][j]  = i+j;
    		}
    		
    	}
    }
    	int a[4];//只声明，未初始化
    	double b[5] = {
        };//声明并初始化，所有元素均为0
    	char c[5] = {
        'a'};//声明并初始化，第一个元素为'a',其余元素为'\0'
    	cout << "size a = "<<sizeof a << endl;
    	cout << "size b = "<<sizeof b << endl;
    	cout << "size c = "<<sizeof c << endl;
    	//size a = 16
    	//size b = 40
    	//size c = 5
    	// 
    	
    	//指向二维数组的指针
    	int **mat = new int *[4];//指向指针的指针，创建一个存放指针的数组
    	for (int i = 0; i < 4; i++) {
        
    		mat[i] = new int[5];//给数组中的每个指针分配5个int内存块,只是分配了内存，并未初始化
    	}
    	
    	printM(mat);
    	initM(mat);
    	printM(mat);
    /*
    		-842150451 - 842150451 - 842150451 - 842150451 - 842150451
    		- 842150451 - 842150451 - 842150451 - 842150451 - 842150451
    		- 842150451 - 842150451 - 842150451 - 842150451 - 842150451
    		- 842150451 - 842150451 - 842150451 - 842150451 - 842150451
    		0 1 2 3 4
    		1 2 3 4 5
    		2 3 4 5 6
    		3 4 5 6 7
    		*/