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  • 《征服 C 指针》摘录3:数组 与 指针

    一、数组 和 指针 的微妙关系

    数组 是指将固定个数、相同类型的变量排列起来的对象。

    正如之前说明的那样,给指针加 N,指针前进“当前指针指向的变量类型的长度 X N”。

    因此,给指向数组的某个元素的指针加 N 后,指针会指向 N 个之后的元素。

    #include <stdio.h>
    
    int main(void)
    {
    	int array[5];
    	int *p;
    	int i;
    	
    	/* 给数组 array 的各元素设定值 */
    	for (i = 0; i < 5; i++)
    	{
    		array[i] = i;
    	}
    	
    	/* 输入数组各元素的值(指针版) */
    	for (p = &array[0]; p != &array[5]; p++)
    	{
    		printf("%d
    ", *p);
    	}
    	
    	return 0;
    }

    运行结果如下:

    0
    1
    2
    3
    4

    从第 16 行开始一个 for 循环,最初指针 p 指向 array[0],通过 p++ 顺序地移动指针,引导指针指向 array[5](尽管它不存在)

    使用 ++运算符给指针加 1,指针前进 sizeof(int) 个字节。

    此外,第 16~18 行的代码也可以换一种写法(我们可以称之为“改写版”)。

    p = &array[0];
    for (i = 0, i < 5; i++)
    {	
    	printf("%d
    ", *(p + i));
    }

    这种写法,指针并没有一步步前进,而是固定的,只是在打印的时候加 i。

    话说回来,你觉得这种写法容易阅读吗?

    至少在我看来,无论写成 p++,还是 *(p + i),都不容易读。还是最初的例子中 a[i] 这样的方式更容易理解。

    实际上,本书主张的是“因为利用指针运算的写法不容易阅读,所以让我们 抛弃这种写法吧”。

    二、表达式中,下标运算符[] 和 数组 是没有关系的

    在前一小节的“改写版”例程中,像下面这样将指针指向数组的初始元素。

    p = &array[0];

    其实也可以写成下面这样

    p = array;

    对于这种写法,很多 C 语言的入门书籍是这样说明的:

    在 C 中,如果在数组名后不加[],单独地只写数组名,那么此名称就表示“指向数组初始化元素的指针”。

    在这里,我可以负责地告诉你,上面的说明是错误的。

    在 C 的世界里,事到如今你再去否定“数组名后不加[],就代表指向初始元素的指针”这个“强大的”误解显得有点无奈。对于这种已经深入人心的观点,你突然放言它其实是个误解,可能很多人无法接受。下面让我们依法来证明。

    将 &array[0] 改写成 array,“改写版”的程序甚至可以写成下面这样:

    p = array;	// 只是改写了这里,可以 ...
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
    	printf("%d
    ", *(p + i));
    }

    另外,程序中 *(p + i) 也可以写成 p[i]。

    p = array;
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
    	printf("%d
    ", p[i]);
    }

    也就是说,*(p + i)p[i] 是同样的意思。可以认为后面的写法是前面的简便写法。

    在这个例子中,最初通过 p = array; 完成了向 p 的赋值,但之后 P 一直没有发生更改。所以,早知道如此,何必当初偏要多声明一个 p,还不如一开始就写成 array 呢。

    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
    	printf("%d
    ", array[i]);
    }

    呀,好像又回去了呢。

    结论就是,

    p[i] 这种写法只不过是 *(p + i) 这种写法的简便写法,除此之外,它毫无意义array[i]p[i] 有什么不一样吗?array[i] 也可以像 p[i] 一样,将 array 解读成“指向数组的初始元素的指针”

    也就是说,存在

    int array[5];

    这样的声明的时候,“一旦后面不追加[],只写 array”并不代表要使 array 具有指向数组第 1 个元素的指针的含义,无论加不加 [],

    在表达式中,数组名都可以被解读成指针。

    顺便说一下,对于这个规则来说,有三个小的例外,我们会在第 3 章作详细说明。

    你可以认为这是一个哗众取宠的异端邪说,但至少在语法上,数组 下标运算符[] 和 数组无关

    这里也是 C 的数组下标从 0 开始的理由之一。

    要点

    非常重要!!

    在表达式中,数组可以解读成“指向它的初始元素的指针”。尽管有 3 个小例外,但是这和在后面加不加[]没有关系。

    要点】 

    p[i] 和 *(p + i) 的简便写法。

    下标运算符[]原本只有这种用法,它 和 数组无关。

    需要强调的是,认为 [] 和 数组 没有关系,这里的 [] 是指在表达式中出现的下标运算符[]。

    声明中的[],还是表达式数组的意思。也就是说,声明中的 [] 和 表达式 中的 [] 意义完全不同。表达式中的 * 和 声明中的 * 意义也是完全不同的。这些现象使得 C 语言的声明在理解上变得更加扑朔迷离...,第 3 章将会进行详细说明。

    此外,如果将 a + b 改写成 b + a,表达式的意义没有发生改变,所以你可以将 *(p + i) 写成 *(i + p)。其次,因为 p[i] 是 *(p + i) 的简便写法,实际上它也可以写成 i[p]。

    引用数组元素的时候,通常我们使用 array[5] 这样的写法。其实,就算你写成 5[array],还是可以正确地引用到你想要的元素。可是,这种写法实在太另类了,它不能给我们带来任何好处。

    要点

    p[i] 可以写成 i[p],但不推荐这样写。

    三、什么是指向数组的指针

    “数组”和“指针”都是派生类型。它们都是由基本类型开始重复派生生成的。

    也就是说,派生出“数组”后,再派生出“指针”,就可以生成“指向数组的指针”。

    一听到“指向数组的指针”,有人也许要说:

    这不是很简单嘛,数组名后不加[],不就是“指向数组的指针”吗?

    的确,在表达式中,数组名可以解读成指针。但是,这不是“指向数组的指针”,而是“指向数组初始元素的指针”。

    实际地声明一个“指向数组的指针”,

    int (*array_p)[3]; /* array_p 是指向 int 数组(元素个数3)的指针 */

    根据 ANSI C 的定义,在数组前加上&,可以取得“指向数组的指针”。(注意:这里是“数组可以解读成指向它初始元素的指针”这个规则的一个例外(参照 3.3.3 节))。

    因此,

    int array[3];
    int (*array_p)[3];
    
    array_p = &array; // 数组添加 &,取得“指向数组的指针”

    这样的赋值是没有问题,因为类型相同。

    可是,如果进行

    array_p = array;

    这样的赋值,编译器就会报出警告。

    “指向 int 的指针”和“指向 int 的数组(元素个数 3)的指针”是完全不同的数据类型。

    但是,从地址的角度来看,array 和 &array 也许就是指向同一地址。但要说起它们的不同之处,那就是它们在做指针运算时结果不同。

    在我的机器上,因为 int 类型的长度是 4 个字节,所以给“指向 int 的指针”加 1,指针前进 4 个字节。但对于“指向 int 的数组(元素个数 3)的指针”,这个指针指向的类型为“int 的数组(元素个数 3)”,当前数组的尺寸为 12 个字节(如果 int 的长度为 4 个字节),因此给这个指针加 1,指针就前进 12 个字节。

    四、C语言中,不存在多维数组

    在 C 语言中,可以通过下面的方式声明一个多维数组:

    int hoge[3][2];

    我想企图这么干的人应该很多。请大家回忆一下 C 的声明的解读方法,上面的声明应该怎样解读呢?

    是“int 类型的多维数组”吗?

    这是不对的。应该是“int 的数组(元素个数 2)的数组(元素个数 3)”。

    也就是说,即使 C 中存在“数组的数组”,也不存在多维数组*。

    * 在 C 标准中,“多维数组”这个词最初出现在脚注中,之后这个词也会不时地出现在各个角落。尽管“不存在多维数组”这个观点会让人感觉有些极端,但如果你不接受这个观点,对于C 的类型模型的理解,可能就会比较困难。

    “数组”就是将一定个数的类型进行排列而得到的类型。“数组的数组”也只不过是派生源的类型恰好为数组。图 3-7 是“int 的数组(元素个数 2)的数组(元素个数 3)”。

    要 点

    C 语言中不存在多维数组。

    看上去像多维数组, 其实是“数组的数组”。

    对于下面的这个声明:

    int hoge[3][2];

    可以通过 hoge[i][j]的方式去访问,此时,hoge[i]是指“int 的数组(元素个数 2)的数组(元素个数 3)”中的第 i 个元素,其类型为“int 数组(元素个数 2)”。当然,因为是在表达式中,所以在此时此刻,hoge[i]也可以被解读成“指向 int 的指针”。

    关于这一点,3.3.5 节中会有更详细的说明。

    那么,如果将这个“伪多维数组”作为函数的参数进行传递,会发生什么呢?

    试图将“int 的数组”作为参数传递给函数,其实可以直接传递“指向 int 的指针”。这是因为在表达式中,数组可以解释成指针

    因此,在将“int 的数组”作为参数传递的时候,对应的函数的原型如下:

    void func(int *hoge);

    在“int 的数组(元素个数 2)的数组(元素个数 3)”的情况下,假设使用同样的方式来考虑,

    int 的数组( 元素个数 2) 的数组(元素个数 3)

    其中下划线部分,在表达式中可以解释成指针,所以可以向函数传递

    指向 int 的数组( 元素个数 2) 的指针

    这样的参数,说白了它就是“指向数组的指针”。

    也就是说,接收这个参数的函数的原型为:

    void func(int (*hoge)[2]);

    直到现在,有很多人将这个函数原型写成下面这样:

    void func(int hoge[3][2]);

    或者这样:

    void func(int hoge[][2]);

    其实,

    void func(int (*hoge)[2]);

    就是以上两种写法的语法糖,它和上面两种写法完全相同。

    关于将数组作为参数进行传递这种的情况下的语法糖,在 3.5.1 节中会再一次进行说明。 

    延伸阅读:

    《征服 C 指针》摘录1:什么是空指针?区分 NULL、0 和 ''

    《征服 C 指针》摘录2:C变量的 作用域 和 生命周期(存储期)

    《征服 C 指针》摘录3:数组 与 指针

    《征服 C 指针》摘录4:函数 与 指针

    《征服 C 指针》摘录5:函数形参 和 空的下标运算符[]

    《征服 C 指针》摘录6:解读 C 的声明

    《征服 C 指针》摘录7:练习——挑战那些复杂的声明

  • 相关阅读:
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