【C语言】路漫漫其修远兮，深入[指针]正当下

一. 指针初步

1.概念定义

地址：我们在内存中开辟空间时，为了方便后续访问，每个数据有确切的地址。

指针：指向数据的地址，并将其地址储存在指针变量中。

 

2.基本运算符

• 取地址操作符（&）

%p是用于打印地址的格式。

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• 解引⽤操作符 （*）

*pa解引用a的数据。
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3.指针变量的⼤⼩

#include <stdio.h>
//指针变量的⼤⼩取决于地址的⼤⼩
//32位平台下地址是32个bit位（即4个字节）
//64位平台下地址是64个bit位（即8个字节）
int main()
{printf("%zd\n", sizeof(char *));printf("%zd\n", sizeof(short *));printf("%zd\n", sizeof(int *));printf("%zd\n", sizeof(double *));return 0;
}
• 32位平台下地址是32个bit位，指针变量⼤⼩是4个字节。
• 64位平台下地址是64个bit位，指针变量⼤⼩是8个字节。
• 指针变量的⼤⼩与类型⽆关，只要是指针类型的变量，在相同的平台下，⼤⼩都是相同。

 

 

二. 指针运算

1.指针+- 整数

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数组在内存中是连续存放的，随着数组下标的增长，地址由高到低变化。

 #include <stdio.h>int main(){int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int *p = &arr[0];int i = 0;int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);for(i=0; i<sz; i++)
{printf("%d ", *(p+i));
}return 0;
}

 

注：p+1，即指针（地址增加一个int型字节大小[元素]）。

 

2.指针 - 指针

指针 - 指针得到的是指针之间相差的元素个数。

#include <stdio.h>
int my_strlen(char *s)
{char *p = s;while(*p != '\0' )p++;return p-s;
}
int main()
{printf("%d\n", my_strlen("abc"));return 0;
}

 

3.指针的关系运算

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int *p = &arr[0];int i = 0;int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);while(p<arr+sz) //指针的⼤⼩⽐较{printf("%d ", *p);p++;}return 0;
}

通过指针访问数组内元素，while循环遍历数组每一个数据。

三. 野指针

1.野指针成因

    • 指针未初始化

#include <stdio.h>
int main()
{ int *p;//局部变量指针未初始化，默认为随机值*p = 20;return 0;
}

    • 指针越界访问

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = {0};int *p = &arr[0];int i = 0;for(i=0; i<=11; i++){//当指针指向的范围超出数组arr的范围时，p就是野指针*(p++) = i;}return 0;
}

    • 指针指向的空间释放

#include <stdio.h>
int* test()
{int n = 100;return &n;
}
int main()
{int*p = test();printf("%d\n", *p);return 0;
}

局部变量n作用域在test函数，当程序运行至主函数时，n的空间被内存收回。

2.如何规避野指针

• 指针初始化

如果明确知道指针指向哪⾥就直接赋值地址，但不确定指针应该指向哪⾥，可以给指针赋值NULL。NULL 是C语⾔中定义的⼀个标识符常量，值是0（0也是地址），这个地址是⽆法使⽤的，读写时会报错。

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#include <stdio.h>
int main()
{int num = 10;int*p1 = &num;int*p2 = NULL;return 0;
}

• 小心指针越界

 

程序向内存申请了哪些空间，通过指针也就只能访问哪些空间，不能超出范围访问，超出了就是越界访问。

• 指针变量不再使⽤时，及时置NULL，指针使⽤之前检查有效性  

int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,67,7,8,9,10};int *p = &arr[0];for(i=0; i<10; i++){*(p++) = i;}//此时p已经越界了，可以把p置为NULLp = NULL;//下次使⽤的时候，判断p不为NULL的时候再使⽤//...p = &arr[0];//重新让p获得地址if(p != NULL) //判断{//...}return 0;
}

• 避免返回局部变量的地址

如造成野指针的第3个例⼦，不要返回局部变量的地址。

四. assert断言

1.assert基本概念

assert.h 头⽂件定义了宏 assert() ，⽤于在运⾏时确保程序符合指定条件，如果不符合，就报错终⽌运⾏。这个宏常常被称为“断⾔”。  

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上述代码在程序运⾏到这⼀⾏语句时，检查变量 p 是否等于 NULL 。若不等于 NULL ，程序继续运⾏，否则终⽌运⾏，并且显示报错信息提⽰。 assert() 宏接受⼀个表达式作为参数。如果该表达式为真（返回值⾮零）， assert() 不会产⽣任何作⽤，程序继续运⾏。如果该表达式为假（返回值为零， assert() 就会报错，在标准错误流 stderr 中写⼊⼀条错误信息，显⽰没有通过的表达式，以及包含这个表达式的⽂件名和⾏号。

2.assert启动关闭

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assert() 的使⽤对程序员是⾮常友好的，使⽤ assert() 有⼏个好处：它不仅能⾃动标识⽂件和出问题的⾏号，还有⼀种⽆需更改代码就能开启或关闭 assert() 的机制。如果已经确认程序没有问题不需要再做断⾔，就在 #include <assert.h> 语句的前⾯，定义⼀个宏 NDEBUG 。
然后，重新编译程序，编译器就会禁⽤⽂件中所有的 assert() 语句。如果程序⼜出现问题，可以移 除这条 #define NDEBUG 指令（或者把它注释掉），再次编译，这样就重新启⽤了 assert() 语 句。 assert() 的缺点是，因为引⼊了额外的检查，增加了程序的运⾏时间。
⼀般我们可以在 Debug 中使⽤，在 Release 版本中选择禁⽤ assert 就⾏，在 VS 这样成开
发环境中，在 Release 版本中，直接就是优化掉了。这样在debug版本写有利于程序员排查问题，在 Release 版本不影响⽤⼾使⽤时程序的效率。

开启>> 

#define NDEBUG
# include <assert.h>
int main()
{int var= 8;assert (var==1);system("pause");return 0;
}

关闭>> 

#define NDEBUG
# include <assert.h>
int main()
{int var= 8;assert (var==1);system("pause");return 0;
}

 
五. 指针的传值调用与传址调用 

例如：写⼀个函数，交换两个整型变量的值，分别采用传值调用与传址调用这两种方法

1.传值调用

#include <stdio.h>
void Swap1(int x, int y)
{int tmp = x;x = y;y = tmp;
}
int main()
{int a = 0;int b = 0;scanf("%d %d", &a, &b);printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);Swap1(a, b);printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);return 0;
}

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显然，在这里，传值调用并没有将a，b的值进行交换。

2.传址调用

#include <stdio.h>
void Swap2(int*px, int*py)
{int tmp = 0;tmp = *px;*px = *py;*py = tmp;
}
int main()
{int a = 0;int b = 0;scanf("%d %d", &a, &b);printf("交换前：a=%d b=%d\n", a, b);Swap2(&a, &b);printf("交换后：a=%d b=%d\n", a, b);return 0;
}

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实参传递给形参的时候，形参会单独创建⼀份临时空间来接收实参，对形参的修改不影响实参。顾名思义， 形参是实参的一份临时拷贝。

 如果要发生交换的效果，形参就应该接收main函数中的实参的地址所以……

因此我们可以在main函数中将a和b的地址（通过指针变量）传递给Swap函数，Swap 函数⾥边通过地址间接的操作main函数中的a和b，并达到交换的效果就好了。

六. 数组 + 指针（深入解析）

      1. 数组名的理解

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int *p = &arr[0];

             sizeof（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：也表示整个数组，取出的是整个数组的地址。

#include <stdio.h>
int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);printf("arr = %p\n", arr);return 0;
}

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 &arr[0]即首元素地址，arr（数组名），在debug x86环境下，两地址相同。

注：对于“[ ]”来说，只是一个操作符，比如arr[i]即*（arr+i）

        因此，可以换成*（i+arr），加法的交换律。

  •    arr[ i ] == *（p+i）== *（arr）+i

  •    main函数中将arr作为参数传到函数，传的只是arr的首元素地址。

      2. 使⽤指针访问数组

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

       观上，数组名（arr）作为数组首元素地址，在这里，我们可以直接将arr赋值给p（指针变量），我们可以通过数组下标访问数组的元素，也可以通过指针变量解引用“*（p+i）”进行访问。

      3. ⼀维数组传参的本质

#include<stdiio.h>
void test(int arr[])
{int sz2 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);printf("sz2 = %d\n", sz2);
}
int main()
{int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};int sz1 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);printf("sz1 = %d\n", sz1);test(arr);return 0;
}

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     从结果来看，sz1得到了arr数组中元素个数，然而sz2却打印错误，究其原因，也就是说本质上数组传参传递的是数组⾸元素的地址，test函数中形参得到的应该是数组第一个元素。

    tips： 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。

      4. 冒泡排序

              • 代码实现

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[] = {3,1,7,5,8,9,0,2,4,6};int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz);int i = 0;for(i=0; i<sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}return 0;
}

        如上，对10个数字进行冒泡排序，第一个“3”，与1,7,5,8……进行比较，采取相邻两位进行比较法，循环往复。加入flag进行优化，提高程序运行效率。

      5. ⼆级指针

指针变量也是变量，是变量就有地址，二级指针就用于存放指针变量的地址。
*ppa 通过对ppa中的地址进⾏解引⽤，这样找到的是 pa ， *ppa 其实访问的就是 pa . 
int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;

           **ppa 先通过 *ppa 找到 pa ,然后对 pa 进⾏解引⽤操作： *pa ，那找到的是 a .

**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;

 

      6. 指针数组

指针数组是指针还是数组？
我们类⽐⼀下，整型数组，是存放整型的数组，字符数组是存放字符的数组。
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      7. 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*的，就可以存放在parr数组中int* parr[3] = {arr1, arr2, arr3};int i = 0;int j = 0;for(i=0; i<3; i++){for(j=0; j<5; j++){printf("%d ", parr[i][j]);}
printf("\n");}return 0;
}

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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。 上述的代码模拟出⼆维数组的效果，实际上并⾮完全是⼆维数组，因为每⼀⾏并⾮是连续的。

 

      8. const引入

              • const定义

       const是C++中的一个关键字，表示常量，即表示变量的值是固定不变的。const可以用于变量、函数参数、函数返回值、类成员函数等。在变量中使用const，可以定义一个常量，该变量的值不能被修改。

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            • const语法

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七. 一系列的指针变量 

      1. 字符指针变量

              在指针的类型中我们知道有⼀种指针类型为字符指针 char* ;

int main()
{char ch = 'w';char *pc = &ch;*pc = 'w';return 0;
}//还有⼀种使⽤⽅式如下：
int main()
{const char* pstr = "hello bit.";//这⾥是把⼀个字符串放到pstr指针变量⾥了吗？printf("%s\n", pstr);return 0;
}

      2. 数组指针变量

             1. 数组指针概念

• 整形指针变量： int * pint; 存放的是整形变量的地址，能够指向整形数据的指针。
• 浮点型指针变量： float * pf; 存放浮点型变量的地址，能够指向浮点型数据的指针。
数组指针变量     int (*p)[10];
解释：p先和*结合，说明p是⼀个指针变量变量，然后指着指向的是⼀个⼤⼩为10个整型的数组。所以 p是⼀个指针，指向⼀个数组，叫 数组指针。
这⾥要注意：[]的优先级要⾼于*号的，所以必须加上（）来保证p先和*结合。

              2. 数组指针初始化 

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

      3. ⼆维数组传参的本质

#include <stdio.h>
void test(int a[3][5], int r, int c){int i = 0;int j = 0;
比特就业课主页：https://m.cctalk.com/inst/s9yewhfr 比特就业课for(i=0; i<r; i++)
比特就业课主页：https://m.cctalk.com/inst/s9yewhfr{for(j=0; j<c; j++){printf("%d ", a[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;
}
⼆维数组其实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，是个⼀维数组。

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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 int(*)[5] 。那就意味着⼆维数组传参本质上也是传递了地址，传递的是第⼀⾏这个⼀维数组的地址。tips：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。

 

      4. 函数指针变量

            1. 函数指针变量

                       • 创建函数指针变量

#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：
test: 005913CA
&test: 005913CA
打印出来了地址，所以函数是有地址的，函数名就是函数的地址，当然也可以通过 &函数名 的⽅式获得函数的地址。

         • 使用函数指针变量 

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咯，函数指针变量的写法其实和数组指针⾮常类似。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的

        • 解析函数指针变量 

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)

2. typedef 关键字

 

typedef 是⽤来类型重命名的，可以将复杂的类型，简单化。 
//⽐如，你觉得 unsigned int 写起来不⽅便，如果能写成 uint 就⽅便多了，那么我们可以使⽤：
typedef unsigned int uint;
//将unsigned int 重命名为uint//如果是指针类型，能否重命名呢？其实也是可以的，⽐如，将 int* 重命名为 ptr_t ,这样写：
typedef int* ptr_t;//但是对于数组指针和函数指针稍微有点区别：
//⽐如我们有数组指针类型 int(*)[5] ,需要重命名为 parr_t ，那可以这样写：
typedef int(*parr_t)[5]; //新的类型名必须在*的右边//函数指针类型的重命名也是⼀样的，⽐如，将 void(*)(int) 类型重命名为 pf_t ,就可以这样写：
typedef void(*pfun_t)(int);//新的类型名必须在*的右边
//那么要简化代码2，可以这样写：
typedef void(*pfun_t)(int);
pfun_t signal(int, pfun_t);

      5. 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， ⽐如： 
int *arr[10];
//数组的每个元素是int*

 把函数的地址存到⼀个数组中，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

 

      6. 转移表

函数指针数组的⽤途：转移表

• 举例：计算器的⼀般实现：

#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);49 return 0;}

八. qsort函数深入解析

1. qsort定义

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2. qsort排序 

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include<stdio.h>
#include<string.h>struct Stu {char name[20];int age;
};//比较两个字符串大小(按名字排序）
int cmp_stu_1(const void* e1, const void* e2) {return strcmp(((struct Stu*)e1)->name, ((struct Stu*)e2)->name);//strcmp返回值是小于0，等于0，大于0 。// 比较的是对应字符Ascall码大小 
}//按照年龄大小进行比较（按年龄排序）
int cmp_stu_2(const void* p1, const void* p2) {return ((struct Stu*)p1)->age - ((struct Stu*)p2)->age;
}void print_arr(struct Stu* s, int sz) {for (int i = 0; i < sz; i++) {printf("%s %d\n", (s + i)->name, (s + i)->age);}printf("\n");
}void test() {struct Stu arr[3] = { {"张三",19},{"李四",21},{"王五",18} };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_stu_1);qsort(arr, sz, sizeof(arr[0]), cmp_stu_2);print_arr(arr, sz);
}int main() {test();return 0;
}

3. qsort模拟实现 

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>//交换函数
void Swap(char* buff1, char* buff2, size_t width)//char*一次仅访问一个字节，width：字节个数
{for (int k = 0; k < width; k++) {char tmp = *buff1;*buff1 = *buff2;*buff2 = tmp;buff1++;buff2++;}
}//排序函数
void bubble_sort(void* base, size_t sz, size_t width, int(*int_cmp）(const void* p1, const void* p2))){              //初始函数指针/数组  , 数组元素个数  , 每个元素的大小  ,  相邻两个元素的指针        for (int i = 0; i < sz - 1; i++) {for (int j = 0; j < sz - 1 - i; j++) {if (int_cmp((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width) > 0) {//将前后两个数据进行交换Swap((char*)base + j * width, (char*)base + (j + 1) * width, width);}}}
}//比较函数
int int_cmp(const void* p1, const void* p2) {return *(int*)p1 - *(int*)p2;
}//打印函数
//void print_arr(const void* p, size_t sz) 
void print_arr(int arr[], size_t sz) {for (int i = 0; i < sz; i++) {//printf("%d ", *((int*)(p + i)));printf("%d ", arr[i]);}
}//主函数
int main() {int arr[] = { 5,6,4,7,3,8,2,9,1,0 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);bubble_sort(arr, sz, sizeof(arr[0]), int_cmp);print_arr(arr, sz);return 0;
}

九. sizeof与strlen

 • sizeof

sizeof是单目操作符，不是函数，只关注内存类型，即空间大小。

 

tips：sizeof中如果有表达式，表达式不参与计算。

because-> sizeof操作时在编译时，而表达式进行时在程序运行时进行操作

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 • strlen

 

主要关心‘/0‘，参数是地址

仅用于求字符串长度，计算“\0”之前字符的个数,当遇见'\0'时，结束。

strlen 是C语⾔库函数，功能是求字符串⻓度。函数原型如下：  

 size_t strlen ( const char * str );

      统计的是从 strlen 函数的参数 str 中这个地址开始向后， \0 之前字符串中字符的个数。

strlen 函数会⼀直向后 找 \0 字符，直到找到为⽌，所以可能存在越界查找。 
#include <stdio.h>
int main()
{char arr1[3] = {'a', 'b', 'c'};char arr2[] = "abc";printf("%d\n", strlen(arr1));printf("%d\n", strlen(arr2));printf("%d\n", sizeof(arr1));printf("%d\n", sizeof(arr2));return 0;
}

 

 • 两者比较 

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