《C和指针》读书笔记（第八章 数组）

0 内容简介

在C语言中，数组有着举足轻重的地位。而数组和指针千丝万缕的联系，也让其在求职，学习和工作中成为技术探讨的焦点。计算机编程语言群星璀璨，为何C语言数组在多年面试中的热度居高不下？它究竟有什么样的神奇魅力？今天我们就一起来探讨相关话题。

先来看看本篇的主要内容（章节编号与书中一致）。有一个宏观上的把握。

1. 一维数组

一维数组是最常见的数组，也是最常用的数组，在实际的开发中，为了便于迭代和阅读，有时会将多个数组拆分成多个一维数组。

1.1 数组名

一维数组的数组名是一个指针常量，指向数组的第一个元素，可以参考下面的程序：

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

打印输出：

1.2 下标引用

除了优先级以外，下标引用和间接访问完全一致。可以参考下面的程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    
    
	int temp[] = {
    
    1,2,3};
	int *p = temp + 1;
	printf("数组的第一个元素是：%d \n", *(temp));
	printf("数组的第二个元素是：%d \n", *(temp + 1));
	printf("数组的第三个元素是：%d \n", *(temp + 2));
	//打印数组的第一个元素
	printf("数组的第一个元素是：%d \n", p[-1]);
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

从上面的程序可以看出，指针p此时指向了数组的第2个元素，所以p[-1]会指向数组的第一个元素。

1.3 指针与下标

指针与下标，都是访问数组元素的有效方式，然而下标绝不会比指针更有效率，但指针有时会比下标更有效率，因牵扯到底层指令，在此不做展开。

1.4 指针的效率

指针有时比下标更有效率，前提是它们被正确地使用。因牵扯到底层指令，在此不做展开。

1.5 数组和指针

数组和指针并不是相等的。在声明数组的时候，已经分配好了内存，而在声明指针的时候，只知道其指向的数据类型，并不知道指向的具体地址，或者是没有任何意义的地址。
比方说有下面两个声明：

	int a[5];
	int *p;

我们可以通过下面的程序进行验证

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    
    
	int a[5];
	int *p;
	printf("数组a的大小是%d \n", sizeof(a));
	printf("指针p的大小是%d \n", sizeof(p));
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

可以看到，在经过编译后，一个int类型的数据占4个字节，这个时候系统已经为数组分配好了所有的内存；而指针p，我们只知道其指向一个int类型的变量，然而并不知道具体指向了哪个变量。

1.6 作为函数参数的数组名

当一个数组名作为参数传递给一个函数时，传递给函数的是一份该指针的拷贝。函数如果进行了下标引用，实际上就是对这个指针执行间接访问操作，并且通过这种间接访问，函数可以访问和修改调用程序的数组元素。

可以参考如下的程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void reverse_array(int arr[], int size)
{
    
    
	for (int i = 0; i < size / 2; i++)
	{
    
    
		int temp = arr[i];
		arr[i] = arr[size - i - 1];
		arr[size - i - 1] = temp;
	}
}
int main()
{
    
    
	int a[5];
	for (int i = 0; i < 5; i++)
		a[i] = i;
	reverse_array(a, 5);
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
    
    
		printf("数组a第%d个元素是%d \n", i, a[i]);
	}
	system("pause");
	return 0;
}

1.7 声明数组参数

有一个有趣的问题，当我们把一个数组当做参数传递给函数的时候，正确的函数形参应该怎样的呢？应该声明为一个指针还是数组？

严格意义上来说都是正确的。可参考以下代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//声明为数组
void reverse_array1(int arr[], int size)
{
    
    
	for (int i = 0; i < size / 2; i++)
	{
    
    
		int temp = arr[i];
		arr[i] = arr[size - i - 1];
		arr[size - i - 1] = temp;
	}
}
//声明为指针
void reverse_array2(int *arr, int size)
{
    
    
	for (int i = 0; i < size / 2; i++)
	{
    
    
		int temp = arr[i];
		arr[i] = arr[size - i - 1];
		arr[size - i - 1] = temp;
	}
}
int main()
{
    
    
	int a1[5];
	int a2[5];
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
    
    
		a1[i] = i;
		a2[i] = i;
	}
	//翻转数组
	reverse_array1(a1, 5);
	reverse_array2(a2, 5);
	//打印输出
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
    
    
		printf("数组a1第%d个元素是%d \t", i, a1[i]);
		printf("数组a2第%d个元素是%d \n", i, a2[i]);
	}
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

从上述例子可以看出，两种初始化从效果上来说是等同的。但是要说更加准确，应该是使用指针。因为实参实际上是个指针，而不是数组。

1.8 初始化

当数组的初始化局部于一个函数（或代码块）时，应该仔细考虑一下，在程序的执行流每次进入该函数（或代码块）时，每次对数组进行重新初始化是否值得。如果答案是否定的，就把数组声明为static，这样数组的初始化只需要在程序开始前执行一次。

关于static关键字，可以参考这篇文章：static关键字详解（C/C++）

1.9 不完整的初始化

所谓的不完整初始化，是指在数组初始化的时候，如果我们只对部分元素赋值，那么，剩下的元素会自动被赋值为0。可以参考下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    
    
	int a1[5] = {
    
    0,1};

	//打印输出
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
    
    
		printf("数组a1第%d个元素是%d \n", i, a1[i]);
	}
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

可以看到，没有初始化的几个元素，会被自动初始化为0，但这种自动初始化是有限制的，只能自动化地赋值后面的元素，不能赋值前面和中间的元素。

1.10 自动计算数组长度

如果在数组定义的时候就进行了初始化，那么不必指定数组长度，参考下面的例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    
    
	int a1[] = {
    
    0,1};

	//打印输出
	printf("数组a1的大小是%d \n", sizeof(a1) / sizeof(int));
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

1.11 字符数组的初始化

字符数组有两种初始化方式，一种是常规的初始化，比如：

	char a1[] = {
    
    '0','1'};

还有另一种方式，方便快捷，就是像字符串的定义方式类似：

	char a2[] = "01";

其实这两者并不完全等同，在第二种初始化方式中，默认多了一个‘\0’，所以数组a2有3个元素。可以参考下面的测试代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    
    
	char a1[] = {
    
    '0','1'};
	char a2[] = "01";

	//打印输出
	printf("数组a1的大小是%d \n", sizeof(a1) / sizeof(char));
	printf("数组a2的大小是%d \n", sizeof(a2) / sizeof(char));
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

C 语言中并不存在字符串这个数据类型，而是使用字符数组来保存字符串。

2. 多维数组

多维数组是二维以及二维以上的数组，其中最常用的是二维数组。需要注意的是多维数组的元素存储顺序。以及元素的访问方式等。

当出现多维数组时，若再采用指针、或者指针和下标结合的方式去访问数组元素，将是稍微有点难度的问题。

2.1 存储顺序

在C语言中，多维数组的元素存储顺序按照最右边的下标率先变化的原则，称为行主序。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define ROW 3
#define COL 8
int main()
{
    
    
	int matrix[ROW][COL];
	int *p = &matrix[0][0];
	for (int i = 0; i < ROW; i++)
	{
    
    
		for (int j = 0; j < COL; j++)
		{
    
    
			matrix[i][j] = i * ROW + j;
		}
			
	}
	//打印输出
	printf("第一个值是%d \n", *p);
	printf("第二个值是%d \n", *++p);
	printf("第三个值是%d \n", *++p);
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

从上面的例子可以看出，当指针增长的时候，指向的是数组按照最右侧率先变化的顺序的元素。而当一行扫描结束的时候，会自动指向下一行，继续访问。

2.2 数组名

一维数组名的值是一个指针常量，指向一个元素，而多维数组第一维的元素是另一个数组。例如下面的声明：

	int matrix[3][10];

可以看作是一个一维数组，包含了3个元素，每个元素是包含10个整形元素的数组。

或者可以看本文后续的章节，慢慢体会就自然会明白。

2.3 下标

如果要标识一个多维数组的某个元素，必须按照与数组声明时相同的顺序为每一维都提供一个下标，而且都单独位于一对方括号内。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define ROW 8
#define COL 3
int main()
{
    
    
	int matrix[ROW][COL];
	for (int i = 0; i < ROW; i++)
	{
    
    
		for (int j = 0; j < COL; j++)
		{
    
    
			matrix[i][j] = i * COL + j;
		}
			
	}
	//打印输出
	printf("第一个值是：%d \n", **matrix);
	printf("第二个值是：%d \n", *(*(matrix + 1)));
	printf("第三个值是：%d \n", *(*(matrix) + 2));
	printf("第四个值是：%d \n", *(*(matrix + 1) + 2));
	system("pause");
	return 0;
}

上面这个例子可能稍微有点难，按照指针移动的方向，仔细琢磨琢磨就可以想清楚。

2.4 指向数组的指针

指向多维（二维）数组的指针，应当如何定义呢？

	int matrix[ROW][COL] = {
    
    {
    
    0,1,2},{
    
    3,4,5}};
	int(*p)[COL] = matrix;

我们定义了一个指针p，指向了一个拥有COL个元素的数组。当把p与一个整数值相加时，该整数值首先根据整形值的长度进行调整，然后再执行加法。参考下面的例子。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define ROW 2
#define COL 3
int main()
{
    
    
	//定义二维数组
	int matrix[ROW][COL] = {
    
    {
    
    0,1,2},{
    
    3,4,5}};
	//定义指向数组的指针
	int(*p)[COL] = matrix;
	//打印输出
	printf("(*(*p))的值为：%d \n",(*(*p)));
	printf("(*(*p + 1))的值为：%d \n", *(*(p + 1)));
	printf("(*(*p) + 1的值为：%d \n", (*(*p) + 1));
	printf("(*(*p + 1) + 1)的值为：%d \n", *(*(p + 1) + 1));
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

可以看到，直接利用p指针执行间接访问，肯定访问到的是第0行的第0个元素((*(*p)))。而在对p直接进行加1操作的时候，移动的是一个一维数组，然后再间接访问，所以得到的是数组第1行的第0个元素，也就是*(*(p + 1))这样的表达式；但如果间接访问一次之后在加1，则首先访问到的是二维数组的第0行，再加1自然就是第0行第一个元素，也就是上述(*(*p) + 1)表达式；最后一个表达式(*(*(p + 1) + 1))自然不言而喻了。

2.5 作为函数参数的多维数组

多维（二维）数组作为函数参数的时候，函数声明也与一维数组有所不同。有两种声明方式：
方式1：

void func1(int(*mat)[5])

方式2：

void func2(int mat[][5])

这两种声明方式，在效果上是等同的，两种都可以。从以下的程序中就可以证明这一点：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define ROW 3
#define COL 5
//声明方式1
void func1(int(*mat)[5])
{
    
    
	int add = 1;
	printf("在函数func1中\n");
	for (int i = 0; i < ROW; i++)
	{
    
    
		for (int j = 0; j < COL; j++)
		{
    
    
			mat[i][j] += 10;
			printf("数组的第%d个元素是：%d\n", add, mat[i][j]);
			add++;
		}
	}
}
//声明方式2
void func2(int mat[][5])
{
    
    
	int add = 1;
	printf("在函数func2中\n");
	for (int i = 0; i < ROW; i++)
	{
    
    
		for (int j = 0; j < COL; j++)
		{
    
    
			mat[i][j] += 10;
			printf("数组的第%d个元素是：%d\n", add, mat[i][j]);
			add++;
		}
	}
}
int main()
{
    
    
	//定义二维数组
	int matrix1[ROW][COL];
	int matrix2[ROW][COL];
	//定义累加变量
	int add = 1;
	//数组初始化
	for (int i = 0; i < ROW; i++)
	{
    
    
		for (int j = 0; j < COL; j++)
		{
    
    
			matrix1[i][j] = i * COL + j;
			matrix2[i][j] = i * COL + j;
			printf("数组1的第%d个元素是：%d \t", add, matrix1[i][j]);
			printf("数组2的第%d个元素是：%d \n", add, matrix1[i][j]);
			add++;
		}
	}
	printf("-----------------");
	//函数调用
	func1(matrix1);
	printf("-----------------");
	func2(matrix2);
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

上述例子，定义了2个3*5的二维数组，进行相同的初始化，然后分别传到两个函数进行处理，这两个函数仅仅是形参的声明方式不一样。两个函数对原来数组的每个元素进行加10处理，得到了相同的结果。

所以，这两种声明方式在效果上是等同的。

2.6 初始化

多维（二维）数组的初始化有两种常见的形式。

1. 一种是直接给每个元素赋储值
2. 一种是用花括号隔开每个维度，并赋值

两种方式都是正确的，只是第二种有方式有两个好处：

1. 利于阅读
2. 方便初始化，每个子初始列表都可以省略尾部的几个值（不完整的初始化列表）。

参考下面的程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define ROW 2
#define COL 3
int main()
{
    
    
	//初始化形式1
	int matrix1[ROW][COL] = {
    
    0,1,2,3,4,5};
	//初始化形式2
	int matrix2[ROW][COL] = {
    
     {
    
    0,1,2},{
    
    3,4,5}};

	int add = 1;
	//打印输出
	for (int i = 0; i < ROW; i++)
	{
    
    
		for (int j = 0; j < COL; j++)
		{
    
    
			printf("matrix1的第%d个值为%d \t", add, matrix1[i][j]);
			printf("matrix2的第%d个值为%d \n", add, matrix2[i][j]);
			add++; 
		}
	}
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

从上面的例子可以看出，这两种形式，从实现效果上来说，是一致的。

2.7 数组长度自动计算

在多维数组中，只有第1维才能根据初始化列表缺省地提供。剩下的几个维必须显式地写出，这样编译器就能推断出每个子数组维数的长度。例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define ROW 3
#define COL 5
int main()
{
    
    
	int matrix3[][5] = {
    
     {
    
    0,1,2},{
    
    3,4,5},{
    
    6,7,8}};

	int add = 1;
	//打印输出
	for (int i = 0; i < ROW; i++)
	{
    
    
		for (int j = 0; j < COL; j++)
		{
    
    
			printf("matrix1的第%d个值为%d \t", add, matrix3[i][j]);
			add++; 
		}
		printf("\n");
	}
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出：

所以此时即使不写第1个维度的值，编译器在运行的时候，也可以根据初始化的值，以及花括号自动推断出来该维度的值。

3. 指针数组

指针数组很好理解，就是一个数组中的元素是指针，至于该指针指向什么样的数据，是由用户自己定义的。
比如下面这个例子，用指针数组存储了指向字符串（更严谨地说是字符数组）的指针。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define ROW 3
#define COL 5
char const *keyword[] = {
    
    "do","for"};
int main()
{
    
    
	int add = 1;
	//打印输出
	char const desired_word[] = "do";
	char const **p;
	for (p = keyword; p < keyword + 2; p++)
	{
    
    
		if (strcmp(desired_word, *p) == 0)
		{
    
    
			printf("YES");
			system("pause");
			return 0;
		}
			
	}
	printf("NO");
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出如下：

上述的例子中，用数组存储了若干个字符数组的指针数组。然后实现了多个字符串的匹配功能。

或者用二维数组也可以实现，但是需要提前知道最长字符串的大小。

4. 总结

数组与指针的关系，不可能一两句话说清楚，需要在具体开发中慢慢体会，理解。

数组的元素可以通过下标和指针两种方式进行访问，而指针往往更加高效。

指针数组在开发中也会比较常用，而数组元素也不仅仅只会指向字符串（字符数组），也有可能指向结构体变量等数据类型。

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