指针和数组

Posted 2020-10-20 薄荷加冰1

在c中指针和数组似乎有着千丝万缕的关系。其实它们不是一回事：指针是指针，数组是数组，两者不相同。

说它们有关系，不过是因为常见这样的代码：

int main()
{
    int array[]= {1,2,3,4,5};
    int n=sizeof(array)/sizeof(int);
    int *p=array;
    int i;
    for(int i=0; i<n; i++)
    {
        printf("p[%d]...%d\\n",i,p[i]);
        printf("*(p+%d)...%d\\n",i,*(p+i));
        printf("------------------------------\\n");
    }

    system("pause");
    return 0;
}

在上面的代码中，指针和下标运算符的结合使用，给人一种指针和数组是一样的感觉。

本质是：数组名是一个指向数组起始元素的常量指针。这也是数组和指针的唯一联系！

之所以可以使用 p[i] 来访问数组中的元素，是因为在编译器中 p[i] 被解释为 *(p+i)，这仍然是指针的功能。对编译器而言，用p[i]表达*(p+i)的含义是没有意义的，它只是为了让人看着舒服，用着方便。这是语法糖： p[i]是*(p+i)的简单写法，实际上，至少对于编译器来说，[]这样的运算符完全可以不存在。可是对于人类来说，*(p+i)的写法在解读上比较困难，写起来也麻烦(键入量大)。因此，c语言引入[]运算符。 就像这样，这些仅仅是为了让人类容易理解而引入的功能，的确可以让我们感受到编程语言的甜蜜味道(容易着手)，有时我们称这些功能为语法糖(syntax sugar 或者 syntactic sugar)。以上摘自《征服c指针》，借此推荐这本书。书中一针见血地指出：只有在声明语句中，[]才表达数组的含义，在表达式中，[]与数组无关！总结起来就是，看似数组的用法：p[i]，其实是*(p+i)的语法糖，p仍然是指针，与数组并无关系。

指针和数组的不同之处，还可以从下面的例子看出

void fun(int array[5])
{
    printf("  sizeof(array)...%d\\n", sizeof(array));
}
int main()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    printf("  sizeof(array)...%d\\n", sizeof(array));
    fun(array);
    return 0;
}

从运行结果看，函数形参虽然用数组的方式进行了声明，但仍然被当做指针。这揭示了c语言中传递数组时的规则：传递过去的是地址，是指向数组起始元素的地址。之所以这样，基于两点;

从效率上考虑，若是把整个数组赋值过去，太耗时，也耗空间。还不如传地址过去，使用同一份内容。
在c语言设计之初，赋值操作就仅限于基本类型(char、int、float……)，而数组是聚合类型。
这给我们的编程启示是：传递数组时，不要忘了把数组大小也传递过去。否则，函数那边由于不知道数组大小，极易越界。应这样设计函数 void fun(int *array, int n)，n是数组大小。
还有一点需要指出，即使函数被设计成void fun(int array[5], int n)，array依然被看成是指针。也就是说即使数组带了长度，该长度也会被编译器忽略掉。一句话：形参中的数组统统看成指针。
既然如此，还不如直接写成void fun(int *array, int n)。指针的形式，更能表达本意。

再思考：如果p[i]是*(p+i)的意思，由于加法具有交换律：p+i=i+p，那么i[p]同样可以表达p[i]的意思，是这样的吗？实验验证：

int main()
{
    int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int n = sizeof(array) / sizeof(int);
    int *p = array;
    int i;
    for (i = 0; i < n; i++)
        printf("%d[p]...%d\\n", i, i[p]);
    return 0;
}

实验证明，我们的猜想是正确的：p[i]确实是*(p+i)的语法糖。i[p]这样的写法是否很逆天呢！

总结：只有在函数形参中，仅有这一种情况，声明的数组，如 int array[]会被看作是指针。其它情况下，指针与数组并无联系。

&array的含义

还有一点，对于 int array[5];array表示指向数组起始元素的指针，那么&array又是什么呢？实验下

int main()
{
    int array[] = { 1, 2};
    printf("   array...%p\\n", array);
    printf("  &array...%p\\n", &array);
    printf("&array+1...%p\\n", &array+1);
    return 0;
}

结论就是：array和&array都是指针，但类型不同。array的类型是int*，而&array的类型是int(*)[2]。array是指向普通int类型的指针；&array是数组指针，该数组元素是int类型的，且数组大小是2。

至于array和&array两者的值是一样的，应该很好理解。

 

补充

标量(scalar)：简单讲，标量就是指char、int、double和枚举类型等数值类型，再加上指针。

至于数组、结构体和共用体这样将多个标量进行组合的类型，我们称之为聚合类型(aggregate)。