【C语言】深入理解指针（进阶篇）

一、数组名的理解

数组名就是地址，而且是数组首元素的地址。

任务：运行以下代码，看数组名是否是地址。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
	printf("arr     = %p\n", arr);
	return 0;
}

输出结果：

运行以上代码，我们发现数组名和数组首元素的地址打印的结果一模一样，数组名就是数组首元素（第一个元素）的地址。

疑问：数组名如果就是首元素的地址，那么下面的代码证明理解？

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	printf("%d\n", sizeof(arr));
	return 0;
}

输出结果：40，如果arr是数组首元素的地址，那么输出的应该是4/8才对。

其实数组名就是数组首元素（第一个元素）的地址是对的，但是有两个例外：

sizeof(数组名)：sizeof中单独放数组名，这里的数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节。
&数组名：这里的数组名表示整个数组，取出的是整个数组的地址（整个数组的地址和数组首元素的地址是有区别的）

除此之外，任何地方使用数组名，数组名都表示首元素的地址。

要了解arr和&arr有什么区别，请看以下代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0 };
	printf("&arr[0]   = %p\n", &arr);
	printf("&arr[0]+1 = %p\n", &arr+1);

	printf("arr       = %p\n", arr);
	printf("arr+1     = %p\n", arr+1);

	printf("&arr       = %p\n", &arr);
	printf("&arr+1     = %p\n", &arr+1);
	return 0;
}

输出结果：

这里我们发现&arr[0]和&arr[0]+1相差4个字节，arr和arr+1相差4个字节，这是因为&arr[0]和arr都是首元素的地址，+1就是跳过一个元素。

都是&arr和&arr+1相差40个字节，这里是因为&arr是整个数组的地址，+1操作就是跳过整个数组的。

到这里大家应该搞清楚数组名的意义了吧。

数组名是数组首元素的地址，但是有两个例外（ sizeof(arr)和&arr ）。

二、使用指针访问数组

有了前面的知识支持，再结合数组的特点，我们可以很方便的使用指针访问数组了。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int i = 0;
	int* p = arr;
	//输入
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		scanf("%d", p + i);//p+i 是地址
	}
	//输出
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p + i));//*(p+1) 解引用操作符（*）,是数值
	}
	return 0;
}

这个代码搞明白了，我们再试一下，如果我们再分析一下，数组名arr是数组首元素的地址，可以赋值给p，其实数组名arr和p在这里是等价的。那我们可以使用arr[i]访问数组元素，那p[i]是否也可以访问数组呢？

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int i = 0;
	int* p = arr;
	//输入
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		scanf("%d", p + i);
		//scanf("%d", arr + i);//也可以写成这样
	}
	//输出
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}
	return 0;
}

在第17行的地方，将*(p+i)换成p[i]也是能够正常打印的，所以本质上p[i]等价于*(p+i)。

因为数组名arr和p是等价的，所以arr[i]等价于*(arr+i)。数组元素的访问在编译器的时候，也是转换成首元素的地址+偏移量求出元素的地址，然后解引用来访问的。

三、一维数组传参的本质

我们知道数组是可以传递给函数的，这里我们讨论一下数组传参的本质。

首先从一个问题开始，我们之前都是在函数外部计算数组的元素个数，那我们可以把函数传给一个函数后，在函数内部求数组的元素个数吗？

#include <stdio.h>
void test(int arr[])
{
	int sz2 = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	printf("sz2 = %d\n", sz2);
}
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int sz1 = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	printf("sz1 = %d\n", sz1);
	test(arr);
	return 0;
}

输出结果：

在函数内部求数组的元素个数，输出的结果是1，并没有正确获得元素个数。

这就要学习数组传参的本质了，第一节数组名的理解，我们知道：数组名就是数组首元素的地址；那么在数组传参的时候，传递的是数组名，也就是说数组传参本质上传递的是数组首元素的地址。

所以函数形参的部分理论上应该是用指针变量来接收首元素的地址。那么在函数内部写sizeof(arr)计算的是一个地址的大小（单位字节），而不是数组的大小（单位字节）。正是因为函数的参数部分本质是指针，所以在函数内部是没有办法求数组元素个数的。

#include <stdio.h>
void test2(int arr[])
{
	int sz2 = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	printf("sz2 = %d\n", sz2);
}
void test3(int *p)
{
	int sz3 = sizeof(p) / sizeof(p[0]);
	printf("sz3 = %d\n", sz3);
}
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int sz1 = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	printf("sz1 = %d\n", sz1);
	test2(arr);
	test3(arr);
	return 0;
}

总结：一维数组传参，形参的部分可以写成数组的形式，也可以写成指针的形式。

四、冒泡排序

冒泡排序的核心思想就是：两两相邻的元素进行比较。

方法一：

#include <stdio.h>
bubble_sort(int arr[], int sz)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz-1; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
		{
			if (arr[j]>arr[j+1])
			{
				int tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
			}
		}
	}
}
int main()
{
	int arr[10] = { 3,1,7,5,8,9,0,2,4,6 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	//冒泡排序
	bubble_sort(arr,sz);
	int i = 0;
	//打印输出
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}

方法二：优化

#include <stdio.h>

void bubble_sort(int arr[], int sz)//参数接收数组元素个数
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int flag = 1;//假设这⼀趟已经有序了
		int j = 0;
		for (j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])
			{
				flag = 0;//发⽣交换就说明，⽆序
				int tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
			}
		}
		if (flag == 1)//这⼀趟没交换就说明已经有序，后续⽆序排序了
			break;
	}
}
int main()
{
	int arr[10] = { 3,1,7,5,8,9,0,2,4,6 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	//冒泡排序
	bubble_sort(arr, sz);
	int i = 0;
	//打印输出
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}

五、二级指针

5.1 指针的定义

一级指针：是一个指针变量，指向一个普通变量，并保存该普通变量的地址

二级指针：是一个指针变量，指向一个一级指针，并保存该一级指针的地址

二级指针是一个指向指针的指针变量。它存储了一个指针的地址，该指针又指向另一个变量的地址。

5.2 引入二级指针

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int* pa = &a;
	int** ppa = &pa;

	//一次解引用*ppa，此时类型int*
	*ppa = &b;
	//二次解引用**ppa，此时类型int
	**ppa = 200;

	return 0;
}

逻辑关系如下：

a是一个int类型的变量，一级指针pa指向a，并保存a的地址。

二级指针变量ppa指向一级指针pa，并保存pa的地址

二级指针ppa解引用操作：

一次解引用：*ppa的类型变成 int*（代表一级指针pa）间接改变了pa的指向，从a的地址变成了b的地址。
二次解引用：ppa的类型变成了 int (代表变量b)，此时ppa = 200；（等价于b=200）。

（1）下面举个例子：

#include <stdio.h>
int main()
{
	//普通变量
	int a1 = 1;
	int a2 = 1;
	int a3 = 1;

	//一级指针
	int* p1 = &a1;
	int* p2 = &a2;
	int* p3 = &a3;

	//二级指针
	int** s = &p1;
}

（假设a1,a2.a3空间连续，p1,p2,p3空间连续）逻辑图如下：

表达式	移动字节数/值的变化	类型
s+1	sizeof(int)1 = 4*1 = 4	int**
*s+1	sizeof(int)1 = 41 = 4	int*
**s+1	a1+1 = 1+1 = 2	int

分析：

s+1 表示二级指针s指向了p2，移动的字节数需要根据指向的数据的空间大小进行计算sizeof(int*)*1 = 4字节，此时s+1还是二级指针，所以类型是int*。
*s+1 先对s进行一次解引用为*s，相当于操控一级指针p1，然后*s+1，相当于p1指向了a2的地址，所以移动sizeof(int)*1 = 4字节，此时的类型为int*。
**s+1 先对s进行二次解引用为**s，相当于操控变量a1，然后a1加1，所以a1=2;a1的类型是int。

总结：在对二级指针变量s的移动时，s都会将已经保存的一级指针的类型进行解析步长（s+sizeof(p)*n）；而一级指针*s（相当于p一级指针变量）会以保存的变量的类型进行解析步长（*s+sizeof(a)*n）。

六、指针数组

指针数组是多个指针变量，以数组的形式存储在内存中，数组中的每个元素都是一个地址（指针），占有多个指针存储空间。指针数组即存放指针的数组。

指针数组的声明方式为：数据类型 *数组名[数组长度]。

6.1 指针数组模拟二维数组

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr1[] = { 1,2,3,4,5 };
	int arr2[] = { 2,3,4,5,6 };
	int arr3[] = { 3,4,5,6,7 };
	//数组名是数组首元素的地址，类型是int*，可以存放在parr数组中
	int* parr[3] = { arr1,arr2,arr3 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		int j = 0;
		for(j = 0; j < 5; j++)
		{
			printf("%d ", parr[i][j]);
		}
		printf("\n");
		return 0;
	}
}

parr[i]是访问parr数组的元素，parr[i]找到的数组元素指向了整型一维数组，parr[i][j]就是整型一维数组中的元素。

上述代码模拟出的二维数组的效果，实际上并非完全是二维数组，因为每一行并非是连续的

七、数组指针变量

7.1 数组指针变量是什么

上一节我们学习了指针数组，指针数组是一种数组，数组中存放的是地址（指针）。

数组指针是指针变量，是存放数组的地址，能够指向数组的指针。

任务： int (*p)[5] = { }，如何理解？

优先级	运算符	名称或含义	使用形式	结合方向	说明
1	[]	数组下标	数组名[常量表达式]	左到右	--
	()	圆括号	(表达式）/函数名(形参表)		--
	.	成员选择（对象）	对象.成员名		--
	->	成员选择（指针）	对象指针->成员名		--

这里（）和[ ]优先级相同，根据结合律，从左到右运算

()里是*p，p先和*结合，先定义了指针，说明p是一个指针变量，然后指向的是一个大小为5个整数的数组。所以p是一个指针，指向一个数组，叫数组指针。

7.2 数组指针变量怎么初始化

数组指针变量是依赖存放数组地址的，那么怎么获取数组的地址呢？这就要用到&数组名。

如果要存放数组的地址，就得存放在数组指针变量中，如下：

nt arr[10] = {0};
&arr；//得到的就是数组的地址
int (*p)[10] = &arr;

我们调试可以看到&arr和p的类型是完全一致的。

数组指针类型解析：

int (*p) [10] = &arr;
| | |
| | |
| | p指向数组的元素个数
| p是数组指针变量名
p指向的数组的元素类型

7.3 二维数组传参的本质

有了数组指针的理解，我们来讲解一下二维数组传参的本质。

过去我们有一个二维数组，徐亚传参给一个函数的时候，我们是这样写的：

#include <stdio.h>
void test(int arr[3][5],int r,int c)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < r; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < c; j++)
		{
			printf("%d ", arr[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
}
int main()
{
	int arr[3][5] = { {1,2,3,4,5},{2,3,4,5,6},{3,4,5,6,7} };
	test(arr, 3, 5);
	return 0;
}

这里实参是二维数组，形参也写成二维数组的形式，那还有什么其他写法吗？

这里我们再次理解一下二维数组，二维数组起始可以看做是每个元素是一维数组的数组，也就是二维数组的每个元素是一个一维数组。那么二维数组的首元素就是第一行，是一维数组。

所以，根据数组名是数组首元素的地址这个规则，二维数组的数组名表示的就是第一行的地址，是一维数组的地址。根据上面的例子，第一行的一维数组的类型就是int[5]，所以第一行的地址的类型就是数组指针类型iny(*)[5]。那就意味着二维数组传参本质上也是传递地址，传递的是第一行这个一维数组的地址。那么形参也是可以写成指针形式的。如下：

#include <stdio.h>
void test(int (*p)[5], int r, int c)
{
	int i = 0;
	for (i = 0; i < r; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < c; j++)
		{
			printf("%d ", *(*(p+i)+j));
		}
		printf("\n");
	}
}
int main()
{
	int arr[3][5] = { {1,2,3,4,5},{2,3,4,5,6},{3,4,5,6,7} };
	test(arr, 3, 5);
	return 0;
}

总结：二维数组传参，形参的部分可以写成数组，也可以写成指针形式。

八、函数指针变量

8.1 函数指针变量的创建

函数指针即定义一个指向函数的指针变量。

定义格式如下：

int (*p)(int x, int  y);  //注意：这里的括号不能掉

这个函数的类型是有两个整型参数，返回值是整型。

思考：函数是否有地址？

让我们看看以下代码：

#include <stdio.h>
void test()
{
printf("hehe\n");
}
int main()
{
printf("test: %p\n", test);
printf("&test: %p\n", &test);
return 0;
}

输出结果如下：

观察发现，确实打印出来了地址，所以函数是有地址的，函数名技术函数的地址，当然也可以通过&函数名的方法获取函数的地址。

如果我们要将函数的地址存放起来，就得创建函数指针变量，函数指针变量的写法其实和数组指针变量非常类似。如下：

void test()
{
	printf("hehe\n");
}
void (*pf1)() = &test;
void (*pf2)() = test;


int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int(*pf3)(int, int) = Add;
int(*pf3)(int x, int y) = &Add;//x和y写上或者省略都是可以

函数指针类型解析：

int (*pf3) (int x, int y)
| | ------------
| | |
| | pf3指向函数的参数类型和个数的交代
| 函数指针变量名
pf3指向函数的返回类型

int (*) (int x, int y) //pf3函数指针变量的类型

8.2 函数指针变量的使用

通过函数指针调用指针指向的函数。

#include <stdio.h>
int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}
int main()
{
	int (*pf)(int, int) = Add;

	printf("%d\n", (*pf)(2, 3));
	printf("%d\n", pf(3,5));
	return 0;
}

输出结果：

九、函数指针数组

数组是一个存放相同类型数据的存储空间，我们已经学习了指针数组。如下：

int *arr[10];
//数组的每个元素是int*

那要把函数的地址存到⼀个数组中，那这个数组就叫函数指针数组，那函数指针的数组如何定义呢？

int (*parr1[3])();
int *parr2[3]();
int (*)() parr3[3];

答案是：parr1
parr1 先和 [] 结合，说明parr1是数组，数组的内容是什么呢？
是 int (*)() 类型的函数指针。

十、转移表

函数指针数组的用途：转移表

举例：计算机的一般实现

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
int main()
{
	int x, y;
	int input = 1;
	int ret = 0;
	do
	{
		printf("*************************\n");
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf(" 0:exit \n");
		printf("*************************\n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			printf("输⼊操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = add(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 2:
			printf("输⼊操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = sub(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 3:
			printf("输⼊操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = mul(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 4:
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = div(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
			break;
		case 0:
			printf("退出程序\n");
			break;
		default:
			printf("选择错误\n");
			break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

使用函数指针数组的实现

#include <stdio.h>
int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}
int sub(int a, int b)
{
	return a - b;
}
int mul(int a, int b)
{
	return a * b;
}
int div(int a, int b)
{
	return a / b;
}
int main()
{
	int x, y;
	int input = 1;
	int ret = 0;
	int(*p[5])(int x, int y) = { 0, add, sub, mul, div }; //转移表
	do
	{
		printf("*************************\n");
		printf(" 1:add 2:sub \n");
		printf(" 3:mul 4:div \n");
		printf(" 0:exit \n");
		printf("*************************\n");
		printf("请选择：");
		scanf("%d", &input);
		if ((input <= 4 && input >= 1))
		{
			printf("输入操作数：");
			scanf("%d %d", &x, &y);
			ret = (*p[input])(x, y);
			printf("ret = %d\n", ret);
		}
		else if (input == 0)
		{
			printf("退出计算器\n");
		}
		else
		{
			printf("输⼊有误\n");
		}
	} while (input);
	return 0;
}