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C語(yǔ)言數(shù)組與指針詳解

　　由于數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式多種多樣，還有字符型和其它的數(shù)值類(lèi)型，因此僅有基本數(shù)據(jù)類(lèi)型是不夠的。是否可以通過(guò)基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的組合抽象構(gòu)造其它的數(shù)據(jù)類(lèi)型呢?下面是小編為大家?guī)?lái)的C語(yǔ)言數(shù)組與指針詳解的知識(shí)，歡迎閱讀。

　　1.數(shù)組

　　(1)數(shù)組的聲明

　　我們知道，一個(gè)基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的變量只能存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)，比如：

　　int data = 0x64;

　　如果需要存儲(chǔ)一組int型數(shù)據(jù)呢?比如，1、2、3，則至少需要3個(gè)變量data0、data1、data2。比如：

　　int data0 = 1, data1 = 2, data2 =3;

　　由于數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式多種多樣，還有字符型和其它的數(shù)值類(lèi)型，因此僅有基本數(shù)據(jù)類(lèi)型是不夠的。是否可以通過(guò)基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的組合抽象構(gòu)造其它的數(shù)據(jù)類(lèi)型呢?答案是可以的，構(gòu)造數(shù)據(jù)類(lèi)型數(shù)組就是這樣產(chǎn)生的。

　　從概念的視角來(lái)看，int型整數(shù)1、2和3都是相同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，data0、data1和data2三個(gè)變量的共性是data，其差異性是下標(biāo)不一樣。因此可以將data0、data1和data2抽象為一個(gè)名字，然后用下標(biāo)區(qū)分這些變量的集合——data[0]、data[1]和data[2]。如果有以下聲明：

　　intdata[3]; //解讀為data是int數(shù)組(元素個(gè)數(shù)3)

　　那么data[3]就成了存放3個(gè)int型數(shù)據(jù)1、2、3的data[0]、data[1]和data[2]所組成的數(shù)組，即可分別對(duì)data[0]、data[1]和data[2]賦值：

　　data[0] = 1, data[1] =2, data[2] = 3;

　　當(dāng)然，也可以按照以下方式聲明一個(gè)數(shù)組并進(jìn)行初始化：

　　intdata[3] = {1, 2, 3};

　　通常將data稱(chēng)為數(shù)組(變量)名，data[0]、data[1]和data[2]被稱(chēng)為變量。因而可以說(shuō)，數(shù)組是將相同類(lèi)型數(shù)據(jù)的若干變量按有序的形式組織起來(lái)，用一個(gè)名字命名，然后用下標(biāo)區(qū)分這些變量的集合。

　　由于數(shù)組是建立在其它類(lèi)型的基礎(chǔ)上，因此C將數(shù)組看作構(gòu)造類(lèi)型，在聲明數(shù)組時(shí)必須說(shuō)明其元素的類(lèi)型。比如，int類(lèi)型的數(shù)組、float類(lèi)型的數(shù)組或其它類(lèi)型的數(shù)組。而其它類(lèi)型也可以是數(shù)組類(lèi)型，在這種情況下，創(chuàng)建的是數(shù)組類(lèi)型的數(shù)組，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)組的數(shù)組。

　　(2)下標(biāo)與變量的值

　　在這里，定義了一個(gè)名為data的數(shù)組類(lèi)型變量，它是由存放3個(gè)int型數(shù)據(jù)1、2、3的變量data[0]、data[1]和data[2]組成的。通常又將數(shù)組的各個(gè)變量稱(chēng)為數(shù)組的元素，而數(shù)組的元素是按照順序編號(hào)的，這些元素的編號(hào)又稱(chēng)為數(shù)組元素的下標(biāo)。

　　由于有了下標(biāo)，因此數(shù)組元素在內(nèi)存中的位置就被唯一確定下來(lái)了。下標(biāo)總是從0開(kāi)始的，最后一個(gè)元素的下標(biāo)為元素的個(gè)數(shù)減1(即2)，data[0]叫第1個(gè)元素，data[1]叫第2個(gè)元素，data[2]叫第3個(gè)元素，也就意味著所有的元素在內(nèi)存中都是連續(xù)存儲(chǔ)的。

　　直觀(guān)上，數(shù)組是由下標(biāo)(或稱(chēng)為索引)和值所組成的序?qū)�，�?duì)于每個(gè)有定義的下標(biāo)都存在一個(gè)與其關(guān)聯(lián)的值，在數(shù)學(xué)上稱(chēng)為映射。除了創(chuàng)建新數(shù)組外，大多數(shù)語(yǔ)言對(duì)數(shù)組只提供兩種標(biāo)準(zhǔn)操作：一個(gè)操作是檢索一個(gè)值，另一個(gè)操作是存儲(chǔ)一個(gè)值。

　　函數(shù)Create(data, size)創(chuàng)建一個(gè)新的具有適當(dāng)大小的空數(shù)組，初始時(shí)數(shù)組的每一項(xiàng)都沒(méi)有定義。Retrieve操作接受一個(gè)數(shù)組data和一個(gè)下標(biāo)index，如果下標(biāo)合法，則該操作返回與下標(biāo)關(guān)聯(lián)的值，否則產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤。Store操作接受一個(gè)數(shù)組data、一個(gè)下標(biāo)index和一個(gè)項(xiàng)item的集合，即項(xiàng)是value值的集合，有時(shí)也將值(value)稱(chēng)為項(xiàng)(item)，返回在原來(lái)數(shù)組中增加新的序?qū)蟮臄?shù)組。

　　顯然，int系的任何常量表達(dá)式都可以作為數(shù)組元素的下標(biāo)。比如：

　　int array[3+5]; // 合法

　　int array['a']; //表示int array[97];

　　上述定義之所以合法，因?yàn)楸硎驹貍€(gè)數(shù)的常量表達(dá)式在編譯時(shí)就具有確定的意義，與變量的定義一樣明確地分配了固定大小的空間。

　　雖然使用符號(hào)常量增強(qiáng)了數(shù)組的靈活性，但如果定義采用了以下的形式：

　　int n = 5;

　　int array[n]; //非法

　　因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)C認(rèn)為數(shù)組元素的個(gè)數(shù)n不是常量，雖然編譯器似乎已經(jīng)“看到”了n的值，但intarray[n]要在運(yùn)行時(shí)才能讀取變量n的值，所以在編譯期無(wú)法確定其空間大小。使用符號(hào)常量定義數(shù)組長(zhǎng)度的正確形式如下：

　　#define N 10

　　int array[N];

　　即可根據(jù)實(shí)際的需要修改常量N的值。

　　由于數(shù)組元素下標(biāo)的有效范圍為0～N-1，因此data[N]是不存在的，但C語(yǔ)言并不檢查下標(biāo)是否越界。如果訪(fǎng)問(wèn)了數(shù)組末端之后的元素，訪(fǎng)問(wèn)的就是與數(shù)組不相關(guān)的內(nèi)存。它不是數(shù)組的一部分，使用它肯定會(huì)出問(wèn)題。C為何允許這種情況發(fā)生呢?這要?dú)w功于C信任程序員，因?yàn)椴粰z查越界可以使運(yùn)行速度更快，所以編譯器沒(méi)有必要檢查所有的下標(biāo)錯(cuò)誤。因?yàn)樵诔绦蜻\(yùn)行之前，數(shù)組的下標(biāo)可能尚未確定，所以為了安全起見(jiàn)，編譯器必須在運(yùn)行時(shí)添加額外代碼檢查數(shù)組的每個(gè)下標(biāo)值，但這樣會(huì)降低程序的運(yùn)行速度。C相信程序員能編寫(xiě)正確的代碼，這樣的程序運(yùn)行速度更快。但并不是所有的程序員都能做到這一點(diǎn)，越界恰恰是初學(xué)者最容易犯的錯(cuò)誤，因此要特別注意下標(biāo)的范圍不能超出合理的界限。

　　(3)變量的地址與類(lèi)型

　　當(dāng)將變量data[0]、data[1]和data[2]作為&的操作數(shù)時(shí)，&data[0]是指向變量data[0]的指針，&data[1]是指向變量data[1]的指針，&data[2]是指向變量data[2]的指針。data[0]、data[1]和data[2]變量的類(lèi)型為int，&data[0]、&data[1]和&data[2]指針的類(lèi)型為int *const，即指向常量的指針，簡(jiǎn)稱(chēng)常量指針，其指向的值不可修改。比如：

　　int a;

　　int * const ptr = &a;

　　ptr = NULL; //試圖修改，則編譯報(bào)警

　　&a = NULL; //試圖修改，則編譯報(bào)警

　　同理，&data是指向變量data的指針，那么data是什么類(lèi)型?

　　按照聲明變量的規(guī)約，將標(biāo)識(shí)符data取出后，剩下的“int [3]”就是data的類(lèi)型，通常將其解釋為由3個(gè)int組成的數(shù)組類(lèi)型，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)組類(lèi)型。其目的是告訴編譯器需要分配多少內(nèi)存?3個(gè)元素的整數(shù)數(shù)組，data類(lèi)型測(cè)試程序詳見(jiàn)程序清單 1.20。

　　程序清單 1.20 data類(lèi)型測(cè)試程序

　　1 #include

　　3 void f(int x);

　　4 int main(int argc, char *argv[])

　　5 {

　　6 int data[3];

　　7 f(data);

　　8 return 0;

　　10 }

　　通過(guò)編譯器提示的警告，“funtion: 'int' differ in levels ofindirection from 'int [3]'”，說(shuō)明數(shù)組變量data的類(lèi)型為不是int而是int [3]數(shù)組類(lèi)型。由于在設(shè)計(jì)C語(yǔ)言時(shí)，過(guò)多地考慮了開(kāi)發(fā)編譯器的便利。雖然設(shè)計(jì)編譯器更方便了，卻因?yàn)楦拍畹哪：o初學(xué)者造成了理解上的困難。實(shí)際上數(shù)組應(yīng)該這樣定義：

　　int[3] data;

　　即int是與[3]結(jié)合的。&data到底是什么類(lèi)型?

　　當(dāng)data作為&的操作數(shù)時(shí)，則&data是指向data的指針。由于data的類(lèi)型為int [3]，因此&data是指向“int [3]數(shù)組類(lèi)型”變量data的指針，簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)組指針。其類(lèi)型為int (*)[3]，即指向int [2]的指針類(lèi)型。為何要用“()”將“*”括起來(lái)?

　　如果不用括號(hào)將星號(hào)括起來(lái)，那么“int (*)[3]”就變成了“int *[3]”，而int*[3]類(lèi)型名為指向int的指針的數(shù)組(元素個(gè)數(shù)3)類(lèi)型，這是設(shè)計(jì)編譯器時(shí)約定的語(yǔ)法規(guī)則。

　　&data的類(lèi)型到底是不是“int (*)[3]”?其驗(yàn)證程序范例詳見(jiàn)程序清單 1.21。

　　程序清單 1.21 &data類(lèi)型測(cè)試程序

　　1 #include

　　2 int main(int argc, char *argv[])

　　3 {

　　4 int data[3];

　　5 int b = &data;

　　6 return 0;

　　7 }

　　通過(guò)編譯器提示的警告，“'int' differ in levels ofindirection from 'int (*)[3]'”，說(shuō)明&data的類(lèi)型為int (*)[3]。

　　(4)sizeof(data)

　　將如何尋找相應(yīng)的數(shù)組元素呢?常用的方法是通過(guò)“數(shù)組的基地址+偏移量”算出數(shù)組元素的地址。在這里，第一個(gè)元素&data[0]的地址稱(chēng)為基地址，其偏移量就是下標(biāo)值和每個(gè)元素的大小sizeof(int)相乘。假設(shè)數(shù)組元素&data[0] 的地址為A，且在內(nèi)存中的實(shí)際地址為0x22FF74，那么&data[1]的值為：當(dāng)data作為sizeof的操作數(shù)時(shí)，其返回的是整個(gè)數(shù)組的長(zhǎng)度。在這里，sizeof(data)的大小為12，即3個(gè)元素占用的.字節(jié)數(shù)為4×3=12，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為&data+1中的“1”，偏移了一個(gè)數(shù)組的大小，因此&data +1是下一個(gè)未知的存儲(chǔ)空間的地址(即越界)。在小端模式下，數(shù)組在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式詳見(jiàn)圖 1.10。

　　A + 1×sizeof(int) = (unsignedint)data + 4 = 0x22FF74 + 4 = 0x22FF78

　　&data[2]的值為：

　　A + 2×sizeof(int) = (unsigned int)data+ 8 = 0x22FF74 + 8 = 0x22FF7C

　　實(shí)際上，當(dāng)在C語(yǔ)言中書(shū)寫(xiě)data[i]時(shí)，C將它翻譯為一個(gè)指向int的指針。Data是指向data[0]的指針，data+i是指向data[i]的，因此不管data數(shù)組是什么類(lèi)型，總有data+i等于data[i]，于是*(data+i)等于data[i]，其相應(yīng)的測(cè)試范例程序詳見(jiàn)程序清單 1.22。

　　程序清單 1.22變量的地址測(cè)試程序

　　1 #include

　　2 int main(int argc, char *argv[])

　　3 {

　　4 int data[3]= {1, 2, 3};

　　5 printf("%x, %x, %x, %x, %x",&data[0], &data[1], &data[2], &data, &data+1);

　　6 return0;

　　7 }

　　實(shí)踐證明，雖然&data[0]與&data的類(lèi)型不一樣，但它們的值相等。同時(shí)也可以看出，數(shù)組的元素是連續(xù)存儲(chǔ)的。如果將數(shù)組變量占用內(nèi)存的大小除以數(shù)組變量中一個(gè)元素所占用空間的大小，便可得到數(shù)組元素的個(gè)數(shù)。即：

　　int numData = sizeof(data) / sizeof(data[0]);

　　當(dāng)然，也可以使用宏定義計(jì)算數(shù)組元素的個(gè)數(shù)：

　　#define NELEMS(data)(sizeof(data) / sizeof(data[0]))

　　當(dāng)數(shù)組作為函數(shù)的參數(shù)時(shí)，C語(yǔ)言函數(shù)的所有參數(shù)必須在函數(shù)內(nèi)部聲明。但是，由于在函數(shù)內(nèi)部并沒(méi)有給數(shù)組分配新的存儲(chǔ)空間，因此一維數(shù)組的容量只在主程序中定義。顯然，如果函數(shù)需要得到一維數(shù)組的大小，則必須將它以函數(shù)參數(shù)的形式傳入函數(shù)中，或?qū)⑺鳛槿肿兞吭L(fǎng)問(wèn)。

　　2. 規(guī)約

　　標(biāo)準(zhǔn)C規(guī)定：除了“在聲明中”或“當(dāng)一個(gè)數(shù)組名是sizeof或&的操作數(shù)”之外，只要數(shù)組名出現(xiàn)在表達(dá)式中，這編譯器總是將數(shù)組名解釋為指向該數(shù)組的第一個(gè)元素的指針。

　　雖然data在表達(dá)式中解讀為指向該數(shù)組首元素data[0]的指針，但實(shí)際上data被解讀為&data[0]或等價(jià)于“*data==data[0]”，因此data與&data[0]的值相等，且它們的類(lèi)型都是int *const，即一個(gè)數(shù)組名是一個(gè)不可修改的常量指針(左值)。

　　根據(jù)指針運(yùn)算規(guī)則，當(dāng)將一個(gè)整型變量i和一個(gè)數(shù)組名相加時(shí)，其結(jié)果是指向數(shù)組第i個(gè)元素的指針，即data+index==&data[index]，*(data+index)==data[index]，因此習(xí)慣性地將：

　　int * ptr = &data[0];

　　寫(xiě)成下面這樣的形式：

　　int *ptr = data;

　　由于data的類(lèi)型是不可修改的常量指針int*const，因此任何試圖使數(shù)組名指向其它地方的行為都是錯(cuò)誤的。比如：

　　data ++; //錯(cuò)誤

　　雖然data有地址，但其類(lèi)型為int *const，因此不能對(duì)data++賦值，同樣也不能反過(guò)來(lái)給data賦值。比如：

　　data = ptr;

　　類(lèi)型地，象下面這樣的表達(dá)式也是非法的：

　　intdata[3];

　　data= {1, 2, 3};

　　但可以將data復(fù)制給指針變量ptr，通過(guò)改變指針變量達(dá)到目的。比如：

　　#define N 10