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 5
return 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 5
return 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p1
int* p1[5]; // -> 指针数组
p_1 p3;
//变量类型是int[5]*，变量名是p2
int(*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;
}
- 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。
- 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。
- 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) = 0x100004
return 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
- 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
- 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：005BFAA4
printf("%p\n", &a);
printf("%p\n", &a + 1);005BFAB0
printf("%p\n", a);
printf("%p\n", a+1);005BFAA8
printf("%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
- sizeof(a)：这里a必须单独出现,不能包含操作符的运算。
- &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 - 48
printf("%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 - 4
printf("%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 - 16
printf("%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 - 4
printf("%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] - 4
printf("%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 - 4
printf("%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 - 16
printf("%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 - 4
printf("%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 - 16
printf("%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 - 16
printf("%d\n", sizeof(a[3]));
//这里越界，代表二维数组的第四个一维数组 - 16
return 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;
}
- 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。
- 将指针p指向的内存地址的值赋为100，即将a的值赋为100。
- 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。
- 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。
- 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));//40
show(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));//4
for (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 = 0093F890
printf("test: &p = %p\n", &p);
}
int main()
{
char* p = "hello world";
//main: &p = 0093F964
printf("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hello
printf("%s\n", p);//hello
return 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hello
printf("%s\n", p);//hello
return 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 *);
