​【程序猿必备：指针与数组的高级技能秘籍】

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​【程序猿必备：指针与数组的高级技能秘籍】

指针和数组的关系

• 指针指的是指针变量，不是数组，指针变量的大小是4/8个字节，是专门来存放地址的。
• 数组也不是指针，数组是一块连续的空间，存放一组相同类型的数据的。

 

 没有关系，但是它们之间有比较相似的地方

以指针的形式访问和以数组的形式访问

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{//这是指针char* str = "abcdef"; //str指针变量在栈上保存，“abcdef”在字符常量区，不可被修改//这是数组char arr[] = "abcdef"; //整个数组都在栈上保存，可以被修改//访问指针//1. 以指针的形式访问指针和以下标的形式访问指针printf("以指针的形式访问指针和以下标的形式访问指针\n");int len = strlen(str);for (int i = 0; i < len; i++) {printf("%c\t", *(str + i));printf("%c \n", str[i]);}printf("\n");//访问数组//2. 以指针的形式访问数组和以下标的形式访问数组printf("以指针的形式访问数组和以下标的形式访问数组\n");len = strlen(arr);for (int i = 0; i < len; i++) {printf("%c\t", *(arr + i));//数组名在大部分表达式中，代表的是首元素的地址printf("%c \n", arr[i]);}printf("\n");return 0;
}

结论：指针和数组指向或者表示一块空间的时候，访问方式是可以互通的，具有相似性。但是具有相似性，不代表是一个东西或者具有相关性。

 

C为何要这样设计？

//我们初步阅读一下下面代码
#include <stdio.h>
#include <string.h>//这里两种写法都行，大家都知道，函数传参是要发生降维的(为什么？)
//降维成指针。
//换句话说，arr在main里面是数组，传入InitArr函数之后，就成了数组首元素的指针变量。//void InitArr(int arr[], int n)//这里的arr就不是数组了，它成了数组首元素的指针变量。
//降维后，此时arr就没有进行每个元素的临时拷贝，只进行了首元素地址的临时拷贝。
//在c中，任何函数调用，只要有形参实例化，必定形成临时拷贝
void InitArr(int* arr, int n)
{//sizeof(arr)结果为4 - 是32位平台下指针的大小。for (int i = 0; i < n; i++) {*(arr + i) = i; //以指针的形式访问}
}int main()
{int arr[5] = {1,2,3,4,5};//sizeof(arr)结果为20 - 是数组的大小。int num = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);//求数组元素的个数,[]为什么为0?因为0下标绝对存在InitArr(arr, num);for (int i = 0; i < num; i++) {printf("%d\n", arr[i]); //以数组的形式访问}return 0;
}//上面代码其实没有什么问题，不过，不知道大家发现没有，\
如果没有将指针和数组元素访问打通，\
那么在C中(面向过程，函数是核心概念，离不开定义与调用函数)\
如果有大量的函数调用且有大量数组传参，会要求程序员进行各种访问习惯的变化。\
只要是要求人做的，那么就有提升代码出错的概率和调试的难度。//假设指针和数组的访问方式方式不通用，\
程序员就需要不断地在不同的代码片段处，进行习惯的切换//所以干脆，C将指针和数组的访问方式打通，让程序员在函数内，\
也好像使用数组那样进行元素访问，本质是减少了编程难度！//打通之后，* 和[ ]两个操作符都可以对数组进行访问//故整个降维过程，对于使用者是透明的，使用者不需要了解降维过程。

函数传参是要发生降维的

为什么？

        复杂数据类型通常需要较大的内存空间和更复杂的操作，直接传递复杂数据类型可能会导致效率低下，而且在栈上分配大块的内存也可能导致栈溢出的问题。

降维成什么？

        函数传参中的“降维”是指将复杂数据类型（如数组）降维成为指向其内部元素的指针来传递的过程。

比如：int arr[10]；会降维成int类型的指针。

a 和 &a的区别  ----- 复习 + 练习

#include <stdio.h>
int main()
{int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };int* ptr = (int*)(&a + 1);printf("%d %d\n", *(a + 1), *(ptr - 1));return 0;
}

 

结论：&a叫做数组的地址，a做右值叫做数组首元素的地址，本质是类型不同，进而进行+-计算步长不同

• &a：+1表示步长为sizeof(arr)。
• a：+1表示步长为sizeof(arr[0])。

 

 

指针数组和数组指针

• 指针数组：是由若干个指针所组成的数组，每个指针指向一个特定类型的变量。在指针数组中，每个元素都是一个指针变量。
• 数组指针：是一个指向数组的指针变量。

 那么下面的到底那个是数组指针，那个是指针数组呢？

(A)、int* p1[10];(B)、int(*p2)[10];

提示：

• [ ]的优先级大于 *
• ( )的优先级最大

那要怎么使用它们呢？

• 指针数组

#include <stdio.h>
int main()
{int* p1[5]; // 声明一个指针数组，数组中包含 5 个指向 int 类型变量的指针变量int a = 1, b = 2, c = 3, d = 4, e = 5;p1[0] = &a; // 将指针变量 p1[0] 设置为变量 a 的地址p1[1] = &b;p1[2] = &c;p1[3] = &d;p1[4] = &e;//这里的[]优先级比*高printf("%d %d %d %d %d\n", *p1[0], *p1[1], *p1[2], *p1[3], *p1[4]); // 输出 1 2 3 4 5return 0;
}

• 数组指针

#include <stdio.h>
int main()
{int(*p2)[5]; // 声明一个数组指针，指向包含 5 个 int 类型变量的数组int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };p2 = &a; // 将指针变量 p 设置为数组 a 的首地址printf("%d %d %d %d %d\n", (*p2)[0], (*p2)[1], (*p2)[2], (*p2)[3], (*p2)[4]); // 输出 1 2 3 4 5return 0;
}

总结：

• 整形指针数组，数组内部，后面可以放置任何类型(内置、结构体、联合体等)的内容。

        (A)、int* p1[10];

• 整形数组指针，指针可以指向任何合法的类型变量。

        (B)、int(*p2)[10];

        我们发现我们在定义变量的都是先写变量的类型，然后再写变量名。

• 提示：数组的数据类型是int [num]。
• 数组指针一般使用的时候都是指向整个数组的地址。

//变量类型为char，变量名为c
char c;
//变量类型为int，变量名为a
int a;
//变量类型为double*，变量名为b
double* b;//那我们定义数组应该是
int[5] d;
//定义指针数组应该是
int*[5] p1;
//定义数组指针应该是
int[5]* p2//但是实际上是//变量类型是int[5]变量名是d
int d[5];
//变量类型是int*[5]，变量名是p1
int *p1[5];  // ->  指针数组
//变量类型是int[5]*，变量名是p2
int (*p2)[5];// ->  数组指针//这是c语言的规定写法

不过我们这里可以用typedef来改这个规定

#include<stdio.h>
typedef int* p_1[5];
typedef int(*p_2)[5];
int main()
{//变量类型是int*[5]，变量名是p1int* p1[5];  // ->  指针数组p_1 p3;//变量类型是int[5]*，变量名是p2int(*p2)[5];// ->  数组指针p_2 p4;return 0;
}

总结：

• 指针数组的数据类型是int *[num]。
• 数组指针的数据类型是int[num] *。

 

//这两个是什么意思？//指针数组
int *p[4];//数组指针数组
int(*p[4])[5];
//p先和[4]结合，是一个数组，可以把这里的p[4]整体理解为上面的p，只不过此时的p是数组//数组指针
int (*p)[4]//数组指针数组的指针
int(*(*p)[4])[5];
//p先和*结合,是一个指针，然后指向一个[4]的数组，数组里面的内容是指针，\
而这个指针是指向一个[5]的指针

 

地址的强制转化

• 先回答问题，强制类型转换，究竟在做什么？---> 将一种数据类型强制转换成另一种数据类型，在强制类型转换中，数据的内容不会发生改变，只是改变了数据的解释方式。

• 强制类型转换，和把字符串“1234”转化成int 1234的转化，有区别吗？---> 将字符串转换为整数是指将一个表示数字的字符串转换为整数类型，这种一定会改变数据本身，称为强制类型转化。

结论：强制类型转化，改变的是对特定内容的看待方式，在C中，就是只改变其类型，对数               据的本身是不好发生任何变化的！

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 0x11223344;printf("%x\n", *(&a));//将整型的地址强制转化为字符型的地址，查看输出结果？printf("%x\n", *((char*)&a));return 0;
}

1. 这也符合我们之前的结论，将整形指针类型的&a强制转化为字符型指针类型的&a， 但是&a的内容不会发生改变，只是改变了&a的解释方式。
2. 然后由于char类型每次只能访问一个字节，且访问的时候都是开辟空间的众多字节中地址最小的那个字节。
3. 由于我们目前电脑的是小端模式，拿出的是权值最低的那个字节，即44。

#include <stdio.h>
struct Test
{int Num;char* pcName;short sDate;char cha[2];short sBa[4];
}*p = (struct Test*)0x100000;
//假设p 的值为0x100000。 如下表表达式的值分别为多少？
int main()
{printf("%p\n", p + 0x1);//0x100000 + 20(0x14) == 0x100014//此时的p经过强制类型转化后，不再是指针了，而是一个无符号长整型的数据printf("%p\n", (unsigned long)p + 0x1);//0x100000(无符号长整型) + 1 = 0x100001//强制转换为无符号整形指针，+1跨过sizeof(int)个字节printf("%p\n", (unsigned int*)p + 0x1);//0x100000 + 4(0x04) = 0x100004return 0;
}

#include <stdio.h>
int main()
{int a[4] = { 1, 2, 3, 4 };int* ptr1 = (int*)(&a + 1);int* ptr2 = (int*)((int)a + 1);printf("0x%x,0x%x\n", ptr1[-1], *ptr2);//数组[]内只能为正数，这里为负数说明这里是指针，等价于*(ptr1-1)return 0;
}

 

 

多维数组和多级指针

二维数组

基本概念

• 几乎大部分书中所画的二维数组，都是矩阵样子，具体可以参考书中的图。
• 但是，现在我们要在这里澄清，书中的图，最多只能称之为示意图，并非真的内存布局图。
• 可以想象一些问题：如果按照书中矩阵样子画二维数组的话，那么三维数组，四维数组又该如何画呢?

二维数组的基本内存布局

#include <stdio.h>
int main()
{char a[3][4] = { 0 };int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++) {int j = 0;for (j = 0; j < 4; j++) {printf("a[%d][%d] : %p\n", i, j, &a[i][j]);}}return 0;
}

结论：二维数组在内存地址空间排布上，也是线性连续且递增的。

二维数组如何画图

1. 只有能够正确画出二维数组的布局图，才算真正能深刻理解二维数组的空间布局
2. 以它为例：char a[3][4] = { 0 };

• 数组的定义是：具有相同数据元素类型的集合，特征是，数组中可以保存任意类型。
• 那么数组中可以保存数组吗?      答案是可以！
• 在理解上，我们甚至可以理解所有的数组都可以当成"一维数组"！(这样理解的好处，我们后面就说)
• 就二维数组来说，我们认为二维数组，可以被看做“一维数组”，只不过内部“元素”也是一维数组
• 那么内部一维数组是在内存中布局是“线性连续且递增”的，多个该一维数组构成另一个“一维数组”，那么整体便也是线性连续且递增的
• 这也就解释了，上述地址为何是连续的。
• 在强调一遍，我们认为：二维数组可以被看做内部元素是一维数组的一维数组。

#include <stdio.h>
int main()
{char a[3][4] = { 0 };//char* p = a;//a首元素(是一个数组，char[3]的地址)//a的类型是int(*p)[3]/*A：&a -> 二维数组的地址B：a -> 第一个一维数组的地址C：&a[0][0] -> 第一个数组的第一个元素的地址地址值都是：005BFAA4printf("%p\n", &a);printf("%p\n", &a + 1);005BFAB0printf("%p\n", a);printf("%p\n", a+1);005BFAA8printf("%p\n", &a[0][0]);printf("%p\n", &a[0][0] + 1);005BFAA5*///所以这里需要强制类型转换char* p = (char*)a;for (int i = 0; i < 3 * 4; i++) {//printf("%p\n", &p[i]);printf("%p\n", p + i);}//用来对比for (int i = 0; i < 3; i++) {for (int j = 0; j < 4; j++) {printf("a[%d][%d] : %p\n", i, j, &a[i][j]);}}return 0;
}

 

#include<stdio.h>
int main()
{//下面的代码输出结果是什么呢？int a[3][4] = { 0 };printf("%d\n", sizeof(a)); printf("%d\n", sizeof(a[0][0])); printf("%d\n", sizeof(a[0])); printf("%d\n", sizeof(a[0] + 1)); printf("%d\n", sizeof(*(a[0] + 1))); printf("%d\n", sizeof(a + 1)); printf("%d\n", sizeof(*(a + 1))); printf("%d\n", sizeof(&a[0] + 1)); printf("%d\n", sizeof(*(&a[0] + 1))); printf("%d\n", sizeof(*a)); printf("%d\n", sizeof(a[3])); return 0;
}

提示：数组名补充：两种情况代表整个数组，其他都是首元素地址

1. sizeof(a)：这里a必须单独出现,不能包含操作符的运算。
2. &a

#include<stdio.h>
int main()
{/*数组名补充：两种情况代表整个数组，其他都是首元素地址sizeof(a) 这里a必须单独出现& a*///所有的数组都可以看做成为"一维数组"int a[3][4] = { 0 };printf("%d\n", sizeof(a)); //a代表整个数组，二维数组一共有3*4=12个元素，每个元素4个字节 - 48printf("%d\n", sizeof(a[0][0])); //a[0][0]代表二维数组的第一个一维数组元素内的第一个整形  - 4printf("%d\n", sizeof(a[0])); //a[0]代表二维数组的第一个一维数组，这个一维数组有4个元素 - 16printf("%d\n", sizeof(a[0] + 1)); //a[0]是第一个一维数组， 由于只有两种情况代表整个数组，其他都是首元素地址，\a[0]+1这里进行了+1的操作，所以这里的a[0]就是一维数组的首元素地址，\+1跳过sizeof(int)个字节，获取的是&a[0][1]的地址 - 4printf("%d\n", sizeof(*(a[0] + 1))); //由上一个题目可以得出来，这里的解引用获取的是a[0][1] - 4printf("%d\n", sizeof(a + 1)); //这里是由于+1的操作，a就是首元素的地址，+1后就是第二个一维数组的地址 - 4printf("%d\n", sizeof(*(a + 1)));//由上一个题目可以得出来，这里的解引用获取的是a[1]的所有元素 - 16printf("%d\n", sizeof(&a[0] + 1)); //&a[0]第一个数组的地址，+1就是第二个数组的地址 - 4printf("%d\n", sizeof(*(&a[0] + 1))); //由上一个题目可以得出来，这里的解引用获取的是a[1]的所有元素 - 16printf("%d\n", sizeof(*a)); //这里由于*操作，a就是首元素的地址，就是第一个一维数组的地址，*a - 16printf("%d\n", sizeof(a[3])); //这里越界，代表二维数组的第四个一维数组 - 16return 0;
}

 

 

数组a的定义为: int a[3][4];下面哪个不能表示a[1][1] ?

• (A) 、*(&a[0][0]+5)
• (B) 、*(*(a+1)+1)
• (C)、*(&a[1]+1)
• (D)、*(a[1]+1)

提示：

        A：&a -> 二维数组的地址
        B：a -> 第一个一维数组的地址
        C：&a[0][0] -> 第一个数组的第一个元素的地址

 

 

what is the value of & p[4][2] - &a[4][2]？

#include<stdio.h>
int main()
{int a[5][5];//二维数组int(*p)[4];//数组指针p = (int(*)[4])a;//a是首元素地址printf("a_ptr = %p,p_ptr = %p\n", &a[4][2], &p[4][2]);printf("%p,%d\n", &p[4][2] - &a[4][2], &p[4][2] - &a[4][2]);return 0;
}

 

 二级指针

• 指针变量是变量吗？是的
• 变量有地址吗？有的
• 地址是数据吗？是滴
• 数据可以被其他变量保存吗？ 当然可以

结论：指针变量也有地址。

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int* p = &a;int** pp = &p;p = 100; //什么意思*p = 100; //什么意思pp = 100; //什么意思*pp = 100; //什么意思**pp = 100; //什么意思return 0;
}

1. 将指针p的值赋为100，这意味着指针p现在指向内存地址100处的值。
2. 将指针p指向的内存地址的值赋为100，即将a的值赋为100。
3. 将指针pp的值赋为100，这意味着指针pp现在指向内存地址100处的值。
4. 将指针pp指向的指针的值赋为100，这意味着指针p的值被修改为内存地址100。
5. 将指针pp指向的指针所指向的内存地址的值赋为100，即将a的值赋为100。

 

 

 

 

数组参数和指针参数

一维数组传参

#include <stdio.h>
void show(int a[])
{printf("show: %d\n", sizeof(a));//4
}
int main()
{int a[10] = { 0 };printf("main: %d\n", sizeof(a));//40show(a);return 0;
} 

• 数组传参是要发生降维的
• 为何要降维？不降维传数组会整体被拷贝一份，使调用函数成本变高
• 降维成什么？ 降维成指向其内部元素类型的指针
• 有没有形成临时变量的拷贝？只要传参，就一定会发生临时变量的拷贝

//一维数组的元素个数是被忽略的。
//如何理解忽略？
#include <stdio.h>
void show(int a[], int num)
{printf("show: %d\n", sizeof(a));//4for (int i = 0; i < num; i++) {printf("%d\n", a[i]);}
}
int main()
{int a[10] = { 0 };int num = sizeof(a) / sizeof(a[0]);show(a, num);return 0;
}

一维数组的元素个数是被忽略的。

• 如何理解忽略？ 此时已结被降维成指针

一级指针传参

#include <stdio.h>
void test(char* p)
{//test: &p = 0093F890printf("test: &p = %p\n", &p);
}
int main()
{char* p = "hello world";//main: &p = 0093F964printf("main: &p = %p\n", &p);test(p);return 0;
}

• 函数调用，指针作为参数，要不要发生拷贝？需要！因为指针变量，也是变量，在传参上，它也必须符合变量的要求，进行临时拷贝！
• 结论：在C语言中，只要函数调用，必定发生拷贝。只不过要根据具体情况去决定，拷贝了什么，拷贝了多少！
• 有没有可能直接把一个指针变量本身传递给指定函数？指针变量本身不能传递给函数，只能传递指针变量所在内存地址的副本。
• 但是间接有可能。 通过二级指针或者返回值两种方法。

#include <stdio.h>
#define N 10
void GetStr(char* pp)
{pp = malloc(sizeof(char) * N);if (NULL != pp) {strcpy(pp, "hello");}else {//do nothing!}
}
int main()
{char* p = NULL;GetStr(p);//指针变量 - 传值操作//这里能不能打印出helloprintf("%s\n", p);//helloreturn 0;
}

• 在这个例子中，我们定义了一个指向char类型的指针变量p，并将其初始化为NULL。您将p作为参数传递给GetStr函数。在函数中，首先通过malloc函数为pp分配了一段内存，然后将字符串"hello"复制到pp所指向的内存中。
• 然而，在函数结束时，pp指针变量超出了其作用域，它所指向的内存已经被释放。这意味着在GetStr函数结束后，p仍然是NULL指针，它指向的位置并没有被赋值为"hello"字符串。在main函数中，您尝试打印指针p指向的字符串，但由于p仍然是NULL指针，所以您不会看到任何输出。

 

 

 

 

//二级指针的方法
#include <stdio.h>
#define N 10
void GetStr(char** pp)
{*pp = malloc(sizeof(char) * N);if (NULL != *pp) {strcpy(*pp, "hello");}else {//do nothing!}
}
int main()
{char* p = NULL;GetStr(&p);//指针变量的地址 - 传址操作//这里能不能打印出helloprintf("%s\n", p);//helloreturn 0;
}

二维数组参数和二级指针参数

//二维数组传参
//要不要发生降维？ 所有的数组传参，都要发生降维
//降维成什么？ 降维成指针
//什么类型的指针呢？数组指针，仍然使指向其内部元素类型的指针
#include <stdio.h>
void show(char a[3][4])
//或者void show(char a[][4])//在二维数组传参的时候，只能一维度被省略
//所以也可以写成void show(char(*a)[4])
{printf("show: %d\n", sizeof(a));
}
int main()
{char a[3][4] = { 0 };printf("main: %d\n", sizeof(a));show(a);return 0;
}

#include <stdio.h>
void show(char a[3][4])
{printf("show: %d\n", sizeof(a));
}
int main()
{char a[3][4] = { 0 };printf("main: %d\n", sizeof(a));show(10); //故意写错return 0;
}

结论：

• 二维数组传参
• 要不要发生降维？ 所有的数组传参，都要发生降维
• 降维成什么？ 降维成指针
• 什么类型的指针呢？数组指针，仍然是指向其内部元素类型的指针
• 在二维数组传参的时候，只能一维度被省略？因为数组的下标也是数组类型的一部分，所以能二维度决定了参数的类型

任何维度的数组，传参的时候，都要发生降维，降维成指向其内部元素类型的指针。

那么，二维数组，内部“元素”是一维数组！那么降维成指向一维数组的指针。

 

 

 

 

函数指针

函数指针的定义

        函数指针是指向函数的指针变量，它可以存储函数的地址，使得程序能够通过指针直接调用该函数。

#include<stdio.h>
int Add(int x, int y)
{return x + y;
}
int main()
{//函数是否有地址呢？//函数名和&函数名有区别吗？printf("0x%p\n", Add);printf("0x%p\n", &Add);return 0;
}

• 函数是代码的一部分，程序运行的时候，也要加载到内存当中，以供CPU后续寻址访问，从上面的运行结果也知道，函数有地址， 函数名和&函数名没有区别，函数名和&函数名完全等价。

函数指针的使用

#include <stdio.h>
#include <string.h>
char* fun(char* s1, char* s2)
{int i = strcmp(s1, s2);if (0 == i) {return s1;}else {return s2;}
}
int main()
{//函数的数据类型是什么？//指针类型 (参数类型...)//char* (char*, char*);//也可以写成char* (*funp)(char*, char*) = &fun;char* (*funp)(char*, char*) = fun;//函数调用的多中方法char* s1 = funp("hello", "world");char* s2= (*funp)("hello", "world");char* s3 = fun("hello", "world");char* s4 = (*fun)("hello", "world");char* s5 = (&fun)("hello", "world");char* s6 = (*(&fun))("hello", "world");printf(s1);printf(s2);printf(s3);printf(s4);printf(s5);printf(s6);return 0;
}

小程序

#include<stdio.h>
#include<string.h>
static int flag;
void Welcome()
{printf("################################\n");printf("########欢迎来到王者荣耀########\n");printf("######## 1.play  0.exit ########\n");printf("################################\n");scanf("%d", &flag);
}
void GetGift()
{if(flag == 1)printf("恭喜你获取地狱火的皮肤！");
}
//王者荣耀欢迎界面和礼物赠送界面
void login(void (*Welcome)(),void(*GetGift)())
{
#define NAME "175区摘星楼"
#define PASSWD "123456"char name[32];char passwd[32];printf("Please Enter Your Name:>");scanf("%s", name);printf("Please Enter Your Passwd:>");scanf("%s", passwd);if ((strcmp(name, NAME) == 0) && (strcmp(passwd, PASSWD) == 0)){Welcome();GetGift();}
}
int main()
{login(Welcome, GetGift);return 0;
}

 (*(void (*)())0)() - 这是什么

#include <stdio.h>
int main()
{int* p = 0;//NULL == (void*)0*p = 100;//取的是p的右值 *p == *0*(int*)0 = 100;//与上面等价(*            (void(*)())        0  )  ();//这里直接访问的是0的地址处//解引用    无参数函数指针类型      强转   无参数//严格意义上，是错的。因为参数不能传类型(*        (char** (*)(char**, char**))0)  (char**, char**);  //解引用    二级指针函数指针类型      强转    参数，参数return 0;
}

函数指针数组(4.7.4小节)

char* (*pf[3])(char *);

函数指针数组指针

char* (*(*pf)[3])(char *);