C语言数组指针（指向数组的指针）详解

news2024/11/16 18:02:23

数组（Array）是一系列具有相同类型的数据的集合，每一份数据叫做一个数组元素（Element）。数组中的所有元素在内存中是连续排列的，整个数组占用的是一块内存。以int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };为例，该数组在内存中的分布如下图所示：

定义数组时，要给出数组名和数组长度，数组名可以认为是一个指针，它指向数组的第 0 个元素。在C语言中，我们将第 0 个元素的地址称为数组的首地址。以上面的数组为例，下图是 arr 的指向：

数组名的本意是表示整个数组，也就是表示多份数据的集合，但在使用过程中经常会转换为指向数组第 0 个元素的指针，所以上面使用了“认为”一词，表示数组名和数组首地址并不总是等价。初学者可以暂时忽略这个细节，把数组名当做指向第 0 个元素的指针使用即可。

下面的例子演示了如何以指针的方式遍历数组元素：

#include<stdio.h>

intmain(){
int arr[]={99,15,100,888,252};
int len =sizeof(arr)/sizeof(int);//求数组长度
int i;
for(i=0; i<len; i++){
printf("%d  ",*(arr+i));//*(arr+i)等价于arr[i]
}
printf("\n");
return0;
}

运行结果：

99 15 100 888 252

第 5 行代码用来求数组的长度，sizeof(arr) 会获得整个数组所占用的字节数，sizeof(int) 会获得一个数组元素所占用的字节数，它们相除的结果就是数组包含的元素个数，也即数组长度。

第 8 行代码中我们使用了*(arr+i)这个表达式，arr 是数组名，指向数组的第 0 个元素，表示数组首地址， arr+i 指向数组的第 i 个元素，*(arr+i) 表示取第 i 个元素的数据，它等价于 arr[i]。

arr 是int*类型的指针，每次加 1 时它自身的值会增加 sizeof(int)，加 i 时自身的值会增加 sizeof(int) * i。

我们也可以定义一个指向数组的指针，例如：

int arr[]={99,15,100,888,252};
int*p = arr;

arr 本身就是一个指针，可以直接赋值给指针变量 p。arr 是数组第 0 个元素的地址，所以int *p = arr;也可以写作int *p = &arr[0];。也就是说，arr、p、&arr[0] 这三种写法都是等价的，它们都指向数组第 0 个元素，或者说指向数组的开头。

再强调一遍，“arr 本身就是一个指针”这种表述并不准确，严格来说应该是“arr 被转换成了一个指针”。

如果一个指针指向了数组，我们就称它为数组指针（Array Pointer）。

数组指针指向的是数组中的一个具体元素，而不是整个数组，所以数组指针的类型和数组元素的类型有关，上面的例子中，p 指向的数组元素是 int 类型，所以 p 的类型必须也是int *。

反过来想，p 并不知道它指向的是一个数组，p 只知道它指向的是一个整数，究竟如何使用 p 取决于程序员的编码。

更改上面的代码，使用数组指针来遍历数组元素：

#include<stdio.h>

intmain(){
int arr[]={99,15,100,888,252};
int i,*p = arr, len =sizeof(arr)/sizeof(int);

for(i=0; i<len; i++){
printf("%d  ",*(p+i));
}
printf("\n");
return0;
}

数组在内存中只是数组元素的简单排列，没有开始和结束标志，在求数组的长度时不能使用sizeof(p) / sizeof(int)，因为 p 只是一个指向 int 类型的指针，编译器并不知道它指向的到底是一个整数还是一系列整数（数组），所以 sizeof(p) 求得的是 p 这个指针变量本身所占用的字节数，而不是整个数组占用的字节数。

也就是说，根据数组指针不能逆推出整个数组元素的个数，以及数组从哪里开始、到哪里结束等信息。不像字符串，数组本身也没有特定的结束标志，如果不知道数组的长度，那么就无法遍历整个数组。

上节我们讲到，对指针变量进行加法和减法运算时，是根据数据类型的长度来计算的。如果一个指针变量 p 指向了数组的开头，那么 p+i 就指向数组的第 i 个元素；如果 p 指向了数组的第 n 个元素，那么 p+i 就是指向第 n+i 个元素；而不管 p 指向了数组的第几个元素，p+1 总是指向下一个元素，p-1 也总是指向上一个元素。

更改上面的代码，让 p 指向数组中的第二个元素：

#include<stdio.h>

intmain(){
int arr[]={99,15,100,888,252};
int*p =&arr[2];//也可以写作 int *p = arr + 2;

printf("%d, %d, %d, %d, %d\n",*(p-2),*(p-1),*p,*(p+1),*(p+2));
return0;
}

运行结果：

99, 15, 100, 888, 252

引入数组指针后，我们就有两种方案来访问数组元素了，一种是使用下标，另外一种是使用指针。

1) 使用下标

也就是采用 arr[i] 的形式访问数组元素。如果 p 是指向数组 arr 的指针，那么也可以使用 p[i] 来访问数组元素，它等价于 arr[i]。

2) 使用指针

也就是使用 *(p+i) 的形式访问数组元素。另外数组名本身也是指针，也可以使用 *(arr+i) 来访问数组元素，它等价于 *(p+i)。

不管是数组名还是数组指针，都可以使用上面的两种方式来访问数组元素。不同的是，数组名是常量，它的值不能改变，而数组指针是变量（除非特别指明它是常量），它的值可以任意改变。也就是说，数组名只能指向数组的开头，而数组指针可以先指向数组开头，再指向其他元素。

更改上面的代码，借助自增运算符来遍历数组元素：

#include<stdio.h>

intmain(){
int arr[]={99,15,100,888,252};
int i,*p = arr, len =sizeof(arr)/sizeof(int);

for(i=0; i<len; i++){
printf("%d  ",*p++);
}
printf("\n");
return0;
}

运行结果：

99 15 100 888 252

第 8 行代码中，*p++ 应该理解为 *(p++)，每次循环都会改变 p 的值（p++ 使得 p 自身的值增加），以使 p 指向下一个数组元素。该语句不能写为 *arr++，因为 arr 是常量，而 arr++ 会改变它的值，这显然是错误的。