数组和指针

数组名和指针

在C语言中，数组和指针是紧密联系在一起的，对于数组来说，数组名就是数组第一个元素的地址，不同的是数组名是一个常量，而指针则是变量。这是两者之间的最主要区别。

事实上，数组名和指针除了上述区别外，还有其他的一些不同：

在声明时，只有作为函数参数的数组名编译器会将其转化成指针。其他情况下，数组名和指针是完全不一样的。
在引用上，数组名只需访问内存一次；而指针需要访问内存两次。
若a是一个数组名，p为指向该数组的指针变量，使用 a 和 &a 得到的值是一样的。对 p 来说则不一样
sizeof a 得到的是整个数组所占字节的大小，而 sizeof p 得到的是指针所占字节的大小(32位系统为4个字节，64位系统为8个字节)
尽管 a和 &a[0] 得到的地址是一样的，但是其意义是不一样的，a表示的是存储数组这块连续内存空间的首地址而 &a[0]表示的是数组第一个元素的首地址。

举例说明：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define SIZE 5

void show_arr(const int a[], int n); // const是为了保护数组内容
int sum_arr(const int a[], int n); // 这里和int sum_arr(const int *a, int n)是一样的

int main(void)
{
    int a[SIZE];
    int *p;

    for (int i=0; i<SIZE; i++) // 初始化 产生10以内的随机数
        a[i] = rand()%10 + 1;

    p = a; // 将指针变量指向数组

    printf("a = %p\n&a = %p\n", a, &a); // a和&a都为数组开始的地址
    printf("p = %p\n&p = %p\n\n", p, &p); // p指向数组开始，&p则为存储指针p的地址

    printf("sizeof a = %d\n", sizeof a); // 数组a包含int类型的5个元素
    printf("sizeof p = %d\n\n", sizeof p); // 指针占字节数与系统位数有关，64位系统占8个字节

    printf("The contents of array are: \n");
    show_arr(a, SIZE);
    printf("\nSum of all elements is: %d\n", sum_arr(a, SIZE));

    return 0;
}

void show_arr(const int a[], int n) {
    for (int i=0; i<n; i++)
        printf("%3d ", a[i]);
}

int sum_arr(const int a[], int n) {
    int total = 0;

    for (int i=0; i<n; i++)
        total += a[i];

    return total;
}

编译: gcc -Wall -std=c99 test.c

输出如下：

a = 000000000022FE30
&a = 000000000022FE30
p = 000000000022FE30
&p = 000000000022FE28

sizeof a = 20
sizeof p = 8

The contents of array are:
  2   8   5   1  10
Sum of all elements is: 26

指针数组和数组指针

常常被这两个概念弄晕，其实用英文更加好理解。

指针数组: an array of pointers, 首先它是一个数组，数组元素都为指针
数组指针： a pointer to an array, 首先它是一个指针，指向一个数组，也称行指针

其用法区别如下：

int *ar[10]
- 指针数组
- 表示： ar是包含10个int类指针的数组
- 元素表示： *ar[i] 和 *(ar[i]) 是一样的, [] 优先级高于 *
int (*pt)[10]
- 数组指针
- 表示： pt为指向包含10个int值数组的指针
- 元素表示： (*ar)[i]

指针数组比较好理解，就是用来存储指针的数组。举例说明：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int i = 1, j = 2;
    int *a[2];

    // 数组a用来存储两个指针
    a[0] = &i; // a[0]和a[1]分别指向i和j
    a[1] = &j;

    printf("*a[0] = %d\n*a[1] = %d\n", *a[0], *a[1]);

    return 0;
}

输出如下::

*a[0] = 1
*a[1] = 2

但是数组指针就看起看有点奇怪了。

我们平时定义指针都是在数据类型后面加上指针变量名，但是数组指针为什么却是按 int (*pt)[10] 来定义？其实数组指针的原型是这样的： int (*)[10] pt , int (*)[10] 是指针类型，表示指针变量 pt 指向一个包含有10个int值的数组； pt 每加1，就跳过 10 * sizeof(int) 个字节。

将数组指针当作 行指针 也比较好理解，举例：

#include <stdio.h>
#define ROWS 4
#define COLS 2

int main(void)
{
    int a[ROWS][COLS] = { {2,4}, {6,8}, {1,3}, {5,7} };
    int (*p)[2]; // 声明数组指针

    p = a;
    // 将其指向数组a,这里p指向第一个含有两个int值的数组,即a[0]
    // 那么 p+1 指向第二个大小为2个int的数组

    for (int i=0; i<ROWS; i++)
        printf("p+%d = %p\n", i, p+i);

    for (int i=0; i<ROWS; i++)
        printf("*p+%d = %p\n", i, *p+i);

    for (int i=0; i<ROWS; i++) {
        for (int j=0; j<COLS; j++)
            printf("*(*(p+%d)+%d) = %d\t", i, j, *(*(p+i)+j));
    printf("\n");
    }

    int *start = *p; // *p == &a[0][0]
    int * const end = start + ROWS*COLS;
    // 将二维数组当成一维数组来循环
    for ( ; start != end; start++)
        printf("%-3d", *start);
    putchar('\n');


    return 0;
}

输出:

p+0 = 000000000022FE00
p+1 = 000000000022FE08
p+2 = 000000000022FE10
p+3 = 000000000022FE18
*p+0 = 000000000022FE00
*p+1 = 000000000022FE04
*p+2 = 000000000022FE08
*p+3 = 000000000022FE0C
*(*(p+0)+0) = 2 *(*(p+0)+1) = 4
*(*(p+1)+0) = 6 *(*(p+1)+1) = 8
*(*(p+2)+0) = 1 *(*(p+2)+1) = 3
*(*(p+3)+0) = 5 *(*(p+3)+1) = 7
2  4  6  8  1  3  5  7

从这段代码结果我们可以看出：

p每加1都跳过 2 * sizeof(int) 个字节；而 *p 每加1则只跳过 sizeof(int) 个字节
p+1 和 *(p+1) 值是一样的，但是意义不同，与数组中 a 和 &a[0] 的关系类似,前者表示的是整个数组内存块开始的地址，后者表示的是每个数组首元素的地址。
可以将数组指针理解为指针的指针，需要两次取值运算才能得到存储的值。
数组指针p的用法和二维数组名a的用法是一样的，尽管其为一个指针变量，仍然可以使用p[2][1]这样的符号。表示单个元素的时候，数组名和数组指针都可行： a[m][n] = *(*(a+m)+n) 或 p[m][n] = *(*(p+m)+n)
二维数组可以当作特殊的一维数组，上述代码利用一个for循环就遍历了一个二维数组也说明了这一点。

总结

其实不论是指针数组还是数组指针，都是复合类型声明。搞明白复合类型声明的规则就都很好理解。

最简单的办法就是 从右至左来阅读声明，离变量名最近的符号对变量的类型有最直接的影响。

举一个简单的例子:

int *ptrs[10]

从右至左：首先知道我们定义的是一个大小为10的数组，它的名字为ptrs，然后知道数组中存放的是指向int的指针。

但是对于:

int (*pArray)[10]

这种有括号的声明，需要先考虑括号内的部分。

由内而外，从右至左：首先是圆括号内的部分，*pArray意味着pArray是一个指针，接下来观察右边，可知道pArray是指向大小为10的数组的指针，最后观察左边，知道数组的元素是‵int‵类型，这样最终的含义就清楚了，pArray 是一个指针，它指向一个int 数组，数组中包含有10个元素。

参考

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2015-07-31 初稿
2017-05-26 添加总结

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