【C语言】—— 指针三 : 参透数组传参的本质

【C语言】—— 指针三 : 参透数组传参的本质

    • 一、数组名的理解
    • 二、使用指针访问数组
      • 2.1、指针访问数组
      • 2.2、[ ] 的深入理解
      • 2.3、数组与指针的区别
    • 三、一维数组的传参本质
    • 四、数组指针变量
      • 4.1、数组指针变量是什么
      • 4.2、 数组指针的初始化
    • 五、二维数组传参的本质

一、数组名的理解

  
  如果我们想用指针来访问数组,我们可以怎么做呢?
  

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

  
  之前我们都是通过 & a r r arr arr[0] 的方式得到数组首元素的地址,因为数组地址在内存中是连续存放的,得到首元素的地址就能访问整个数组。
  
  但其实,数组名本身就是一个地址,是数组首元素的地址,不信?我们可以通过代码来验证一下。
  

#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);return 0;
}

  
输出结果:
在这里插入图片描述

  
  我们发现,他们的输出结果是一样的,进行指针运算,同样是跳过了四个字节,所以数组名就是数组首元素的地址
  
  这时,有小伙伴就要问了,那我之前用 s i z e o f sizeof sizeof 为什么能求出整个数组的长度呢
  

#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,如果是地址的话,输出的结果应该是 4/8,为什么呢?难道前面说错了?
  
  其实数组名是地址这本身并没有错,但是有两个例外:
  

  • s i z e o f (数组名) sizeof(数组名) sizeof(数组名) s i z e o f sizeof sizeof单独放数组名,这里的数组名就表示整个数组,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,即取出整个数组的地址(整个数组的地址和数组首元素的地址在数值上相等的,但还是有区别的,下面详解)

  除此之外,任何地方数组名就是数组首元素的地址

  下面,我们可以通过代码来比较一下
  

#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]);printf("arr       = %p\n", arr);printf("arr+1     = %p\n", arr);printf("&arr      = %p\n", &arr);printf("&arr+1    = %p\n", &arr);return 0;
}

  
输出结果:
在这里插入图片描述

  我们可以看到,&arr[0]&arr[0]+1 相差 4 个字节,同样 a r r arr arr a r r + 1 arr+1 arr+1 也是相差 4 个字节
  
  & a r r arr arr& a r r arr arr[0] a r r arr arr 在数值上相等,但 & a r r arr arr& a r r + 1 arr+1 arr+1 相差 40 个字节,这是因为 & a r r arr arr 取出的是整个数组的地址,+1 跳过的是整个数组,而该数组的大小为 40 个字节
  
  看到这,相信大家对数组名有了更深层次的理解了吧。
  
  

二、使用指针访问数组

2.1、指针访问数组

  
  学了前面的知识,我们就可以很方便地使用指针访问数组了:

#include<stdio.h>int main()
{int arr[10] = { 0 };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);}//for (i = 0; i < sz; i++);{printf("%d ", *(p + i));}return 0;
}

  
  上述代码弄明白后,我们不妨想,数组名是首元素的地址,可以赋值给 p p p,这里 p p p a r r arr arr 是等价的,我们可以用 a r r arr arr [ i i i ] 来访问数组,那可不可以用 p p p [ i i i ] 访问数组呢?
  

#include<stdio.h>int main()
{int arr[10] = { 0 };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);}//for (i = 0; i < sz; i++);{printf("%d ", p[i]);}return 0;
}

  可以看到,是可行的,所以,本质上 p p p [ i i i ] 等价于 ∗ ( p + i ) *(p+i) p+i,同理, a r r arr arr [ i i i ] 等价于 ∗ ( a r r + 1 ) *(arr+1) arr+1
  

2.2、[ ] 的深入理解

  
  这里,我们对下标引用操作符进行更深层次的理解
  
   ∗ ( a r r + 1 ) *(arr+1) arr+1 由加法交换律,应该与 ∗ ( i + a r r ) *(i+arr) i+arr 等价,事实上也确实如此。这时,我们不妨做一个大胆的猜想:

  • 既然 ∗ ( a r r + i ) *(arr+i) arr+i等价于 a r r arr arr [ i i i ],那 ∗ ( i + a r r ) *(i+arr) i+arr 是否等价于 i i i [ a r r arr arr ] 呢?
  • 那这样的话, a r r arr arr [ i i i ] 是不是与 i i i [ a r r arr arr ] 相等呢 ?那他们四种表示是不是相等呢?
      

在这里插入图片描述

  
实践出真知,我们直接上代码试试:

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

运行结果:
在这里插入图片描述

  

在这里插入图片描述

  
  可以看到,猜想是 正确 的,其实下标引用操作符 [ ] 并没有那么神秘,它仅仅只是一个操作符而已,就像 + 操作符一样,它的两个操作数可以互换位置,[] 也是如此,事实上, a r r arr arr [ i i i ] 在程序运行时,编译器都会以 ∗ ( a r r + i ) *(arr+i) arr+i 的形式执行。当然,还是尽量别写成 i i i [ a r r arr arr ] 的形式,这样代码可读性不高
  

2.3、数组与指针的区别

  
  讲了这么多,大家可能对数组与指针的区别有点糊涂了吧,这里我们来理一下

  • 数组就是数组,是一块连续的空间。数组的大小和数组元素类型和数组大小都有关系。
  • 指针(变量)就是指针(变量),大小 4/8 字节。
  • 联系:数组名是地址,是首元素地址,可使用指针访问数组

  
  

三、一维数组的传参本质

  
  在【C语言】—— 指针二 : 初识指针(下)一文中,我曾经提到,将变量名传递给函数,是传值调用形参仅仅是实参的一份拷贝,无法通过函数改变实参的值。
  
  而将数组名传给函数,却可以通过函数改变数组的值。这是为什么呢,想到之前学过的传址调用(详情请看【C语言】—— 指针二 : 初识指针(下)),再结合刚刚所学到的知识:数组名是函数首元素的地址
  
  答案就不言而喻了:数组传参,传递的是数组名本质上传递的是数组首元素的地址
  
  同时,形参中创建的数组不会再单独创建数组空间的,所以形参是可以省略数组大小

  这时,我们不妨想一个问题:之前我们都是在函数外面将数组的元素个数求好,再传递给函数,我们可以把数组传递给函数后,在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;
}

  
输出结果:
在这里插入图片描述

  可见,函数内部并没有正确求出数组的元素个数
  
  为什么呢?因为数组传参时,传递的是数组首元素的指针,虽然函数中 s i z e o f ( a r r ) sizeof(arr) sizeofarr a r r arr arr 是单独放在 s i z e o f sizeof sizeof 中的,但前面函数传参时, a r r arr arr 为指针,函数将 a r r arr arr 当做指针变量来接收,所以这里的 a r r arr arr 也被认为是指针,大小为 4/8,所以最终结果为 1/2。
  
  所以在函数内部是无法求出数组元素个数的
  

#include<stdio.h>void test(int arr[])//参数写成数组形式,本质上还是指针
{printf("%d\n", sizeof(arr));
}void test(int* arr)//参数写成指针形式
{printf("%d\n", sizeof(arr));//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 };test(arr);return 0;
}

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,当然,数组的形式本质上还是指针
  
  

四、数组指针变量

  

4.1、数组指针变量是什么

  
  数组指针变量是什么,之前我们学过指针数组(详情请看【C语言】—— 指针二 : 初识指针(下)),指针数组是一种数组,存放的是指针变量。
  
  那么数组指针呢?是数组还是变量?
  
  前面,我们学习过:整形指针变量 i n t int int ∗ * ,存放的是整形变量的地址,能够指向整形数据的指针字符指针变量 c h a r char char ∗ * ,存放字符形变量的地址,能够指向字符型数据的指针。
  
所以,数组指针变量应该是: 存放的是数组的地址,能够指向数组的指针变量
  
下面代码哪个是数组指针变量:

int* p1[10];
int (*p2)[10];

  分析之前,我们先要知道: [ ] 的优先级比 ∗ *

  第一个, p p p 先与 [ ] 结合,表示是一个数组,剩下的 i n t int int ∗ * 表示数组存放的元素是 i n t int int ∗ * ,为指针数组

  第二个,由于有(), p p p 先与 ∗ * 结合,表示是一个指针变量,然后指针指向的是大小为 10 个整型的数组。 p p p 是一个指针,指向一个数组,为数组指针变量
  

4.2、 数组指针的初始化


  数组指针变量是用来存放数组的地址的,那怎么获得数组的地址呢,这时就需要用到前面学的 &数组名
  

int arr[10] = { 10 };
&arr;//得到的是数组的地址

  
  如果要存放数组的地址,就得存放在数组指针变量中
  

int(*p)[10] = &arr;

  
在这里插入图片描述

注:下标引用操作符 [ ] 中 10 不能省略,同时,要匹配得上。
  
  
数组指针类型解析:

在这里插入图片描述

  
  

五、二维数组传参的本质

  
  有了前面对数组指针的了解,我们就可以了解二维数组传参的本质了。

  过去,我们想传递二维数组时,可以这样写
  

#include<stdio.h>void test(int a[3][5], int r, int c)
{int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < r; i++){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;
}

  这里,实参是二维数组,形参也是二维数组的形式,那还有什么其他方法吗。
  
  我们可以类比一下一维数组。对一维数组来说,除了可以传递一维数组的形式,还可以传递数组名,即首元素地址,那二维数组可不可以也传递数组名呢?
  
  答案是 肯定 的,二维数组的数组名也是首元素的地址,但这之前,我们需再次理解二维数组:
  
  二维数组可以看做每个元素是一维数组的数组,即二维数组每个元素是一维数组,那么二维数组的首元素就是第一行,即第一个一维数组。
  
  所以,根据数组名就是数组首元素的地址这个规则,二维数组数组名是第一个一维数组的地址,其类型为 i n t [ 5 ] int[5] int[5] 。这样,在函数接收参数时,接收的是数组地址,所以形参应该为数组指针变量,类型为 i n t ( ∗ ) [ 5 ] int(*)[5] int[5].
  
  二维数组传参本质上也是传递地址,传递的是第一行这个一维数组的地址
  

#include<stdio.h>void test(int(*p)[5], int r, int c)
{int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < r; i++){for (j = 0; j < c; j++){printf("%d ", *(*(p + 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;
}

  总结:二维数组传参,形参部分可写成数组形式,也可以写成指针形式。

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