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C指针和数组的关系详解

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1.C中数组和指针的关系

对于任意类型的数组arr,对于同类型的指针类型parr(确切一点,可以假设类型为int,即int arr[], *parr)。它们之间有如下"内幕":

1.数组的名称arr本身就是一个指针,这个指针指向数组的第一个元素

2.因为名称arr本身是指针,所以可以直接赋值给同类型的指针parr:parr = arr,这使得parr也指向数组的第一个元素,所以这个赋值过程等价于parr = &arr[0]

3.指针和数组名在效果上是等价的。它们的区别在于:指针是变量。指针变量可以参与表达式的计算,如parr++parr=arr是有效的,而arr=parrarr++是无效的
4.数组的各元素在内存中是连续的,可以通过索引下标的方式arr[i]获取任意一个元素,而arr[i+1]一定代表下一个元素(除非数组索引越界),arr[i-1]一定代表前一个元素(除非没有前一个元素)
5.因为数组名也是指针,所以也可以将获取元素的方式写成*(arr),它等价于arr[0],即代表第一个元素的值。同理,*(arr+1)等价于arr[1]即表示第二个元素,*(arr+i)等价于arr[i]即表示第i+1个元素
6.也就是说,arr代表第0个元素的地址,arr+1代表第2个元素的地址,arr+i代表第i+1个元素的地址
7.也可以直接通过指针的加减法运算取得对应位置的元素地址parr代表的是第一个元素(index=0)的地址,parr+1代表第二个元素(index=1)的地址,parr+i代表第i+1个元素(index=i)的地址
8.所以,*(parr)代表的是数组第一个元素的值,*(parr+1)代表数组第二个元素的值,*(parr+i)代表数组第i+1个元素的值

9.实际上,数组索引下标运算就是先转换成对应的指针,再通过指针去取得对应元素的。所以,使用指针的效率比使用索引下标取数组值的效率要高,它少了一个转换过程。或者说,指针和数组的索引是一一对应的关系
10.由于数组名指向的是数组的第一个元素,如果某个指针指向这个数组中的某个元素,那么可以说这个指针指向的就是一个子数组。例如arr是原始数组,那么parr+3是一个子数组,arr+4也是一个子数组。这使得我们可能访问到数组第一个元素之前的元素(即父数组中子数组之前的元素),比如-1、-2在操作上都是允许的,除非这样的访问超越了父数组的边界

2.指针和数组之间的几个等价概念

          等价的方式              |      意义
--------------------------------|---------------------
&arr[i]    arr+i      parr+i    |  都表示index=i元素的地址
--------------------------------|---------------------
arr[i]     *(arr+i)   *(parr+i) |  都表示index=i元素的值
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特别的,当i=0时:

&arr[0]    arr      parr      都表示数组第一个元素的地址
arr[0]     *(arr)   *(parr)   都表示数组第一个元素的值
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3.指针运算

指针是变量,可以直接参与表达式的运算,指针是地址,可以进行地址运算。

有效的指针运算包括:

  1. 相同类型指针之间的相互赋值运算
  2. 指针与整数之间的加、减法运算。这种运算可以让指针前移或后移N个数组的元素
  3. 指向相同数组中元素的两个指针之间的减法或比较运算(指针与指针之间只能进行减法和比较),减法运算得到的结果是指针之间的元素个数(例如(arr+3) - arr + 1表示第1个元素到第4个元素之间的4个元素)
  4. 0赋值给指针的运算、0转换成指针类型的空、指针和0之间的比较
  5. 其它的运算方式都是非法的

对于指针和整数之间的加减法或指针的自增、自减运算,需要注意的是这些运算符之间的优先级以及从右向左计算的方式。

parr += 1表示将指针向后移动一位,等价于++parr

*++parr表示取下一个数组元素,因为一元运算符*++的优先级相同,它们从右向左运算。

*parr++表示取得parr当前指向的元素,但是parr已经指向下一个元素了。

指针之间可以比较大小,当然,只有指向同一数组的多个指针之间的比较才有意义。p和q两个指针,如果p指向的元素在q指向的元素之前,那么p < q。通过比较指针,也可以很容易判断数组的访问是否越界。例如,判断指针指向的元素是否在第99个元素之后,对于只有100个元素的数组来说,这就是在判断越界。

parr > &arr[99]
parr > arr + 99  // 与上等价
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同理,指向同一数组的多个指针之间可以进行减法运算(只能进行减法),指针之间的减法运算返回的是这两个指针之间的元素个数

4.指针、数组和函数

C语言是按值拷贝的。

但因为数组名本身就是指向第一个元素的指针,所以按值拷贝也只是拷贝这个指针,拷贝得到的指针副本仍然指向数组的第一个元素,并且通过这个指针能够遍历到后面的元素。

因为拷贝后得到的副本指针指向的仍然是函数外面的数组结构,所以在函数内部可以直接通过这个指针修改外部数组。

下面两种想要以数组作为参数的函数在行为上是等价的

void func1(int arr[]){}
void func1(int *parr){}
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调用该函数时,都可以传递数组名或指针给它们:

int arr[];
int *parr;
parr = arr;

func1(arr);
func1(parr);
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