指针与数组

Posted 2022-11-26 松子茶

用指针变量来访问数组中任一元素，通常将数组的首地址称为数组的指针，而将指向数组元素的指针变量称为指向数组的指针变量。使用指向数组的指针变量来处理数组中的元素，不仅可使程序紧凑，而且还可提高程序的运算速率。

一维数组与指针

数组指针

数组的首地址称为数组指针。若定义整型数组a[5]，系统为数组分配的地址从1000到1019，如图7.5所示，则数组a的首地址1000为数组a的数组指针。C++规定，数组的首地址可用数组名a表示，因此，数组a的数组指针=a=&a[0]。

数组指针变量

存放数组元素地址的变量称为数组指针变量。如：
　

int a[5];
int *p=&a[0];

则p为数组指针变量。在C++中数组名a可用于表示数组的首地址，所以数组名a可作为数组指针使用。因此：p=a与p=&a[0] 的作用是相同的。但数组名a不能用来进行赋值运算、”++”、”- -“等运算。

当指针变量指向数组首地址后，就可使用该指针变量对数组中任何一个元素变量进行存取操作。现举例说明如下：

【例1】用指针变量访问数组元素。

 #include <iostream.h>
　void main( void)
　 
　 int a[5]=0,1,2,3,4,i,j,*p,n=5;
　　p=a;
　　for (i=0;i<n;i++) 
　　　 cout <<*p<<'\\t'; 
　　　　p++;
　　　 
　　cout<<endl;
　　p=a;
　　for (i=0;i<n;i++) cout <<*(p+i)<< '\\t'; 
　　cout<<endl;
　　for (i=0;i<n;i++) cout <<*(a+i)<< '\\t';
　　cout<<endl;
　　for (i=0;i<n;i++) cout <<p[i]<< '\\t';
　　cout<<endl;
　

执行程序后，输出：

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

由上例可以看出，访问数组元素值有三种方法：
（1）通过移动指针变量，依次访问数组元素。如：
　

　p=a; 
　for (i=0;i<n;i++) 
　 cout <<*p<<'\\t'; p++; 

首先将指针变量p指向数组a的首地址。然后用*p输出数组第i个元素的值，每次输出后用p++移动指针到下一个元素，依次循环直到结束。
注意：cout 　　<<*p<<'\\t'; p++;
可合并为一条语句：cout<<*p++<<'\\t';
（2）指针变量不变，用p+i或 a+i 访问数组第i个元素。如：

for (i=0;i<n;i++) cout <<*(p+i)<< '\\t'; 
for (i=0;i<n;i++) cout <<*(a+i)<< '\\t';

在C++中允许用p+i 或a+i 表示第i 个元素的地址。因此，*(p+i)与*(a+i)均表示第i个元素的内容。
（3）以指针变量名作为数组名访问数组元素。如：

　　for (i=0;i<n;i++) cout <<p[i]<< '\\t';

若用指针变量名p作为数组名，则p[i]表示数组的第i个元素a[i]。

数组元素的引用

　
　综上所述，对一维数组a[ ]而言，当p=a后，有如下等同关系成立：
　　① p+i=a+i=&a[i]，即p+i、a+i 均表示第i个元素的地址&a[i]。
　　② *(p+i) =*(a+i)=p[i]= a[i]。即*(p+i), *(a+i), p[i]均表示第i个元素值a[i]。
　　其中p[i] 的运行效率最高。
　　由上所述可知：一维数组的第i个元素可用四种方式引用，即： a[i]、*(p+i) 、*(a+i)、p[i]。

二维数组与指针

二维数组元素在内存中的存放方式

在C++中，二维数组元素值在内存中是按行的顺序存放的。若定义二维整型数组a[3][3]，假设编译系统为数组a分配的内存空间从1000开始到1035为止，则数组中各元素a[0][0]~a[2][2]在内存中按行存放次序如图7.6所示。因此，与一维数组类似，可用指针变量来访问二维数组元素。
【例2】用指针变量输出二维数组各元素的值。

　# include <iostream.h>
　void main(void)
　 int a[3][3]=1,2,3,4,5,6,7,8,9;
　　int *p=&a[0][0]; //将二维数组首地址赋给指针变量p
　　for (int i=0;i<9;i++) 
　　 
　　  cout<<*p<<'\\t'; //输出二维数组中第i个元素值
　　　p++; //指针变量p加1，指向下一个元素
　　
　

程序执行后输出结果为：

　　1 2 3 4 5 6 7 8 9

但要用上述指针变量p访问二维数组中任意指定元素a[i][j]就觉得很不方便，为此C++设计者提供另外几种访问二维数组元素的方法，为了了解访问二维数组元素的方法，必须了解三个地址概念，即：二维数组行首地址、行地址、元素地址，现介绍如下。

二维数组行首地址

二维数组各元素按行排列可写成如图7.7所示矩阵形式，若将第i行中的元素a[i][0]、a[i][1]、a[i][2]组成一维数组a[i] (i=0,1,2)，则二维数组a[3][3]可看成是由三个一维数组元素a[0]、a[1]、a[2]组成。即：a[3][3]=(a[0]，a[1]，a[2])，其中：a[0]、a[1]、a[2]是分别表示二维数组a[3][3]的第0、1、2行元素。
即：a[0]=(a[0][0],a[0][1],a[0][2])
　　a[1]=(a[1][0],a[1][1],a[1][2])
　　a[2]=(a[2][0],a[2][1],a[2][2])

因为数组名可用来表示数组的首地址，所以一维数组名a[i]可表示一维数组 (a[i][0],a[i][1],a[i][2])的首地址&a[i][0]，即可表示第i行元素的首地址。因此，二维数组a中第i行首地址（即第i行第0列元素地址）可用a[i]表示。

由例 1可知，一维数组的第i个元素地址可表示为：数组名+i。因此一维数组a[i]中第j个元素a[i][j]地址可表示为：a[i]+j ，即：二维数组a中第i行第j列元素a[i][j]的地址可用a[i]+j来表示，而元素a[i]][j]的值为：*(a[i]+j)。

【例3】定义一个3行3列数组，输出每行的首地址及所有元素值。

# include <iostream.h>
　void main(void)
　 int a[3][3]=1,2,3,4,5,6,7,8,9;
　　for (int i=0;i<3;i++)
　　　 cout<<"a[" <<i<<"]="<<a[i]<< "="<<&a[i][0]<<endl;
　　　　　for (int j=0;j<3;j++)
　　　　cout<<"a[" <<i<<"]["<<j<<"]="<<*(a[i]+j)<< "="<<a[i][j]<<endl;
　　　 
　

程序执行后输出：

　  a[0]=0x0065FDD4=0x0065FDD4
　　a[0][0]=1=1
　　a[0][1]=2=2
　　a[0][2]=3=3
　　a[1]=0x0065FDE0=0x0065FDE0
　　a[1][0]=4=4
　　a[1][1]=5=5
　　a[1][2]=6=6
　　a[2]=0x0065FDEC=0x0065FDEC
　　a[2][0]=7=7
　　a[2][1]=8=8
　　a[2][2]=9=9

由此例输出结果可看出a[i]=&a[i][0] (i=0,1,2)，这表明a[i]确实可以表示第i行首地址（即第i行第0列地址）&a[i][0]。

应注意，由于数组在内存的地址是由操作系统动态分配，因此，实际输出的各行首地址并不会如图7.5所假设的从1000到1035。通常地址用十六进制数表示，如在本例中：第0行实际首地址是：a[0]=0x0065FDD4。第1行实际首地址是：a[1]=0x0065FDE0。第2行实际首地址是：a[2]=0x0065FDEC。

二维数组行地址

为了区别数组指针与指向一维数组的指针，C++引入了行地址的概念，并规定二维数组a中第i行地址用a+i或&a[i]表示，行地址的值与行首地址的值是相同的，即：

a+i=&a[i]=a[i]=&a[i][0]

但两者类型不同，所以行地址a+i与&a[i]只能用于指向一维数组的指针变量，而不能用于普通指针变量，例如：

int a[3][3];
　　int *p=a+0;

则编译第二条指令时将会出错，编译系统提示用户p与a+0的类型不同。如果要将行地址赋数组指针变量，必须用强制类型转换，如：

　　int *p=(int *) (a+0);

二维数组名a可用于表示二维数组的首地址，但C++规定该首地址并不是二维数组中第0行第0列的地址(即a≠a[0][0])，而是第0 行的行地址，即a=a+0=&a[0]。

二维数组的元素地址与元素值

知道了二维数组的行地址与行首地址后，可以讨论二维数组的元素地址。
因为 a[i]=&a[i]= (a+i)，所以 *(a+i) 可以表示第 i行的首地址。因此二维数组第i行首地址有三种表示方法：a[i] 、*(a+i)、&a[i][0]。
由此可推知：第i行第j列元素a[i][j]的地址有四种表示方法：

a[i]+j 、*(a+i)+j、&a[i][0]+j、&a[i][j]

而第i行第j列元素a[i][j]值也有四种表示方法：

*(a[i]+j) 、 *(*(a+i)+j)、*(&a[i][0]+j)、a[i][j]

现将二维数组有关行地址、行首地址、元素地址、元素值的各种表示方式总结归纳如表1 所示：

表1 二维数组a的行地址、行首地址、元素地址、元素值的各种表示方式

目录	行地址	元素地址	元素值表示方式
第i行行地址	a+i	&a[i]
第i行首地址(第i行第0列地址)a[i]	*(a+i)	&a[i][0]
元素a[i][j]的地址 a[i]+j	*(a+i)+j	&a[i][0]+j	&a[i][j]
第i行第j列元素值 *(a[i]+j)	*(*(a+i)+j)	*(&a[i][0]+j)	a[i][j]

　　为了加深读者对二维数组a的行地址、行首地址、元素地址、元素值的各种表示方式的理解，现举例如下：

【例4】定义二维数组a[3][3]，用二种方式输出行地址，用三种方式输出行首地址，用四种方式输出所有元素地址及元素值。

# include <iostream.h>
　void main(void)
　 int a[3][3]=1,2,3,4,5,6,7,8,9;
　　for (int i=0;i<3;i++)
　　　　 cout<<"&a["<<i<<"]="<<&a[i]<<"="<<a+i<<endl; //输出第i行行地址
　　　　　cout<<"a["<<i<<"]="<<a[i]<<"="<<*(a+i)<<"="<<&a[i][0]<<endl; //行首地址
　　for (int j=0;j<3;j++)
　　　　 cout<<"&a["<<i<<"]["<<j<<"]="<<a[i]+j<<"="<<*(a+i)+j<<"="<<
　　　　　&a[i][0]+j<<"="<<&a[i][j]<<endl; //输出元素a[i][j]的地址
　　cout<<"a["<<i<<"]["<<j<<"]="<<*(a[i]+j)<<"="<<*(*(a+i)+j)<<
　　"="<<*(&a[i][0]+j)<<"="<<a[i][j]<<endl; //输出元素a[i][j]的值
　　　　
　　　　 
　

程序执行后输出结果为：

　&a[0]= 0x0065FDD4=0x0065FDD4
　　a[0]= 0x0065FDD4=0x0065FDD4=0x0065FDD4
　　&a[0][0]= 0x0065FDD4=0x0065FDD4=0x0065FDD4=0x0065FDD4
　　a[0][0]=1=1=1=1
　　&a[0][1]= 0x0065FDD8=0x0065FDD8=0x0065FDD8=0x0065FDD8
　　a[0][1]=2=2=2=2
　　&a[0][2]= 0x0065FDDC=0x0065FDDC=0x0065FDDC=0x0065FDDC
　　a[0][2]=3=3=3=3
　　&a[1]= 0x0065FDE0=0x0065FDE0
　　a[1]= 0x0065FDE0=0x0065FDE0=0x0065FDE0
　　&a[1][0]= 0x0065FDE0=0x0065FDE0=0x0065FDE0=0x0065FDE0
　　a[1][0]=4=4=4=4
　　&a[1][1]= 0x0065FDE4=0x0065FDE4=0x0065FDE4=0x0065FDE4
　　a[1][1]=5=5=5=5
　　&a[1][2]= 0x0065FDE8=0x0065FDE8=0x0065FDE8=0x0065FDE8
　　a[1][2]=6=6=6=6
　　&a[2]= 0x0065FDEC=0x0065FDEC
　　a[2]= 0x0065FDEC=0x0065FDEC=0x0065FDEC
　　&a[2][0]= 0x0065FDEC=0x0065FDEC=0x0065FDEC=0x0065FDEC
　　a[2][0]=7=7=7=7
　　&a[2][1]= 0x0065FDF0=0x0065FDF0=0x0065FDF0=0x0065FDF0
　　a[2][1]=8=8=8=8
　　&a[2][2]= 0x0065FDF4=0x0065FDF4=0x0065FDF4=0x0065FDF4
　　a[2][2]=9=9=9=9

此例可说明表1中的二维数组a的行地址、行首地址、元素地址、元素值的各种表示方式是正确的。