手把手带你拿捏C指针(2)(含冒泡排序)

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文章目录

  • 一、数组名的理解
  • 二、使用指针访问数组
  • 三、一维数组传参本质
  • 四、冒泡排序
  • 五、二级指针
  • 六、指针数组
  • 七、指针数组模拟二维数组

一、数组名的理解

在上⼀个章节我们在使⽤指针访问数组的内容时,有这样的代码:

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

    这⾥我们使⽤ &arr[0] 的⽅式拿到了数组第⼀个元素的地址,但是其实数组名本来就是地址,⽽且是数组⾸元素的地址,我们来做个测试

#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;
}

输出结果:
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    我们发现数组名和数组⾸元素的地址打印出的结果⼀模⼀样,数组名就是数组首元素(第⼀个元素)的地址
    这时候有同学会有疑问?数组名如果是数组⾸元素的地址,那下⾯的代码怎么理解呢?

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

    输出的结果是:40,如果arr是数组⾸元素的地址,那输出应该的应该是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

这时有好奇的同学,再试⼀下这个代码:

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

运行结果:
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    我们发现它们三个打印出来居然是一样的,那arr和&arr有什么区别呢?我们看以下的一个例子:

#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[0]+1 = %p\n", &arr[0]+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;
}

运行结果如下:
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    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,是因为&arr[0] 和 arr 都是⾸元素的地址,+1就是跳过⼀个元素
    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,是因为&arr[0] 和 arr 都是⾸元素的地址,+1就是跳过⼀个元素
    总结:数组名一般是数组首元素地址,只有两个例外,一个是它在sizeof中一个是&arr

二、使用指针访问数组

    有了前面知识的基础,我们用指针访问数组就显得简单多了,当我们要对数组进行输入时,我们还是使用循环,scanf后面的参数我们就可以写成arr+i,因为i=0时,arr+0就是首元素的地址,i=1时,arr+1就是第二个元素的地址,依此类推
    输出数组时也是同理,就是对原本的指针进行解引用,如下例:

#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);
//也可以这样写:
//scanf("%d", arr+i);}//输出for(i=0; i<sz; i++){printf("%d ", *(p+i));}return 0;
}

    这个代码搞明⽩后,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。那我们现在可以大胆想象一下,可以使⽤arr[i]可以访问数组的元素,那p[i]是否也可以访问数组呢?如下代码:

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

我们来看看代码运行结果:
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    可以发现确实是这样,将 * (p+i)换成p[i]也是能够正常打印的,因为本质上p[i] 是等价于 * (p+i)。
    同理arr[i] 应该等价于 *(arr+i),数组元素的访问在编译器处理的时候,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
    随后我们可以继续思考,既然arr[i]就等价于 * (arr+i),我们可以想一下,它是否 就等于 * (i+arr),很明显这是肯定的,那arr[i]是否就可以写成i[arr]呢?p[i]是否可以写成i[p]?这个确实有点匪夷所思,实践出真知,我们接下来就进入实验,如下代码:

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

我们来看看运行结果:
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    我们可以看到这样确实可以,是不是很震惊,我刚开始学到这里也是这样的,但是也确实很有趣。
    从这个例子我们也可以得出,下标访问操作符[]它的实际作用就是将它的两个操作数转换成指针的形式,比如将arr[i]转换为*(arr+i),如果是i[arr]就转换成 * (i+arr),这两个东西是等价的,所以我们将i和arr交换位置才没有问题

三、一维数组传参本质

    数组我们学过了,之前也讲了,数组是可以传递给函数的,这个⼩节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,那我们可以把数组传给⼀个函数后,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] = {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;
}

我们来看看运行结果:
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    我们发现在函数内部是没有正确获得数组的元素个数
    这就要学习数组传参的本质了,上个⼩节我们学习了:数组名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,也就是说本质上数组传参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使⽤指针变量来接收⾸元素的地址。那么在函数内部我们写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是本质是指针,所以在函数内部是没办法求的数组元素个数的
    随后我们也能推导出,既然一维数组传参是传的首元素的地址,那么我们是否就可以用指针接收,接下来看另一个例子:

#include <stdio.h>
void test1(int arr[])//参数写成数组形式,本质上还是指针
{printf("%d\n", sizeof(arr));
}void test2(int* p)//参数写成指针形式
{printf("%d\n", sizeof(p));//计算⼀个指针变量的⼤⼩
}int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };test1(arr);test2(arr);return 0;
}

我们来看一下运行结果:
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    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

    冒泡排序就是模拟冒泡的样子,数据不同,那么泡泡的大小就不同,小泡泡就会慢慢浮上去,按这个理解,冒泡排序默认是升序的,今天我们写一个冒泡排序,既可以升序,也可以降序
    冒泡排序的原理就是比较一堆数中相邻的两个数,如果升序的话就是把小的那个数换到前面,如果是降序的话,就是把大的数换到前面
接下来我们开始设计冒泡排序函数:

  1. 函数命名:推荐:Bubble_sort,可以自行取名
  2. 函数参数:由于我们要对一堆数进行排序,所以我们需要一个数组帮我们存储这些数,随后我们需要这个数组的元素个数,最后由于我们设计的冒泡函数既有升序又有降序,所以我们可以将第三个参数用于辨别是升序还是降序,在这里我们就定义:第三个参数是0就是升序,第三个参数是1就是降序
  3. 函数实现:
    (1)冒泡排序的中心思想就是比较相邻的两个数,看它们的大小比较,然后适时交换,现在我们以升序举例,如果左边的数大于右边的数,那么就对它们进行交换
    (2)接着我们思考一下需要交换多少次,我们现在举一个比较极端的例子,如下图所示:
    在这里插入图片描述
        可以看到在这个例子中,7一直在做交换,那它最多做几次交换呢?经过推算,我们知道,在第七次交换时,7就已经交换好了,也就是总共8个数,需要交换8-1次,n个数就要交换n-1次,当然,这是最差的情况
    (3)我们将7这个数换到了它正确的地方,经过了多次交换,我们就叫它一趟冒泡排序,一趟冒泡排序可以排好一个数字,那么一共有8个数字就需要7趟冒泡排序,因为如果把7个数字放在正确位置上了,那么第8个数字一定就在正确的位置上
    (4)所以经过分析,我们知道了我们需要进行多趟冒泡排序,一趟冒泡排序可能有多次交换,所以我们需要两层循环,外层负责多趟,内层负责一趟的多次交换
    (5)那么需要多少趟呢?在上面的例子中,我们了解到应该需要n-1趟,那每一趟可能需要交换多少次呢?这个就会随着循环的变化而变化,比如第一趟时需要n-1趟,又比如我们已经进行了一趟冒泡排序,那么就有1个数字排到了正确位置,这个时候就最多只需要n–1-1次交换,所以一趟需要交换多少次是会变化的,每完成一趟就少一次交换,所以我们可以写成n-i-1
    (6)最后就是对数组中挨着的两个元素进行比较大小,我们可以设计一个if进行判断,如果第三个参数是0,那么进行升序排序,如果是1,就升序,这里用升序排序举例,如果左边大一些,那么就把两个数交换,否则不做任何修改
    (7)有可能当我们只排序两三趟就完成了排序,后面的判断就有点浪费,所以我们可以创建一个变量flag作为标志,我们将其设置为1,含义是排序已经完成,然后每次进入交换时就把它置为0,如果没有产生交换就说明排序已经完成,就可以结束,以上就是整个冒泡排序的思路
    (8)代码:
//冒泡排序:
void Bubble_sort(int arr[], int sz, int x)
{int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < sz-1; i++){//假设已经排序完成int flag = 1;for (j = 0; j < sz-i-1; j++){if (x == 0){if (arr[j] > arr[j + 1]){int exg = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = exg;flag = 0;}}else if (x == 1) {if (arr[j] < arr[j + 1]){int exg = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = exg;flag = 0;}}}if (flag == 1){break;}}
}void print(int arr[], int sz)
{for (int i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}
}int main()
{int arr[10] = { 2,5,8,4,6,1,9,3,7,10 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);Bubble_sort(arr, sz, 0);//第三个参数是0就升序//是1就是降序print(arr, sz);return 0;
}
  1. 最后我们来运行一下这个代码,看看我们的冒泡排序是否成功:
    升序:
    在这里插入图片描述
    降序:
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五、二级指针

    指针变量也是变量,是变量就有地址,那指针变量的地址存放在哪⾥?
    这就是二级指针,二级指针就是存放指针变量的地址,创建方式如下:

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 0;int* pa = &a;int** ppa = &pa;return 0;
}

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对于⼆级指针的运算有:

  1. *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,如下例:
int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;
  1. **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,如下例:
**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;

二级指针用的也比较少,后面会举例讲解,现在了解一下

六、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
那指针数组呢?是存放指针的数组
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    指针数组的每个元素都是⽤来存放地址(指针)的,如下图:
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    指针数组的每个元素是地址,分别指向⼀块区域

七、指针数组模拟二维数组

    我们可以创建几个数组,然后将数组的地址分别存入一个指针数组,如下:

int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6 };
int arr2[] = { 2,3,4,5,6,7 };
int arr3[] = { 3,4,5,6,7,8 };
int* parr[] = {arr1,arr2,arr3};

    然后现在当我们访问指针数组parr的第一个元素时,我们发现parr[0]就是arr1的地址

    我们之前讲过,我们要访问数组的元素,不一定必须写出诸如arr[i]的样式,只要是arr首元素的地址都可以,比如假设有一个指针变量p存放了数组arr的首元素地址,那么可以使用p[i]来访问数组

    这里也是同理parr[0]就是第一个数组的数组名,也是该数组首元素地址,所以为了方便理解,我们将parr[0]想象成数组arr1的数组名,那么arr1的第一个元素表示为arr1[0],即parr[0][0],第二个元素为arr1[1],即parr[0][1]

    然后同理parr[1]就是第二个数组的数组名,也是该数组首元素地址,所以为了方便理解,我们也可以将parr[1]想像成arr2的数组名,那么arr2的第一个元素表示为arr2[0],即parr[1][0],第二个元素为arr2[1],即parr[1][1]

    经过上面的讲解,聪明的你是否已经发现,我们通过指针数组存放若干个数组地址,通过访问指针数组来访问原数组,实现了类似于二维数组的效果,在上例中,arr1相当于这个二维数组的第一行,arr2相当于这个二维数组的第二行,arr3相当于第三行

    接下来我们来看看这个完整过程是怎样的,以及它的运行结果:

#include <stdio.h>
int main()
{int arr1[] = { 1,2,3,4,5,6 };int arr2[] = { 2,3,4,5,6,7 };int arr3[] = { 3,4,5,6,7,8 };int* parr[] = {arr1,arr2,arr3};int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < 3; i++){for (j = 0; j < 6; j++){printf("%d ", parr[i][j]);}printf("\n");}return 0;
}

运行结果:
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    可以看到确实通过指针数组,我们模拟实现了二维数组,今天的内容就到这里,你是否醍醐灌顶了呢?
    敬请期待下一篇指针(3)吧!

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