C語言指針和數組應用實例分析

這篇文章主要介紹“C語言指針和數組應用實例分析”的相關知識，小編通過實際案例向大家展示操作過程，操作方法簡單快捷，實用性強，希望這篇“C語言指針和數組應用實例分析”文章能幫助大家解決問題。

一、指針和數組分析-上

1.數組的本質

• 數組是一段連續的內存空間

• 數組的空間大小為 sizeof(array_type) * array_size

• 數組名可看做指向數組第一個元素的常量指針

下面看一段代碼：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int a[5] = {0};
    int* p = NULL;
    
    printf("a = 0x%X\n", (unsigned int)(a));
    printf("a + 1 = 0x%X\n", (unsigned int)(a + 1));
    
    printf("p = 0x%X\n", (unsigned int)(p));
    printf("p + 1 = 0x%X\n", (unsigned int)(p + 1));
    
    return 0;
}

輸出結果如下：

通過這段代碼說明指針運算是合法的。

2.指針的運算

指針是一種特殊的變量，與整數的運算規則為

p + n; <-->(unsigned int)p + n*sizeof(*p);

結論∶

當指針 p 指向一個同類型的數組的元素時：p+1 將指向當前元素的下一個元素；p-1 將指向當前元素的上一個元素。

• 指針之間只支持減法運算

• 參與減法運算的指針類型必須相同

p1- p2; <--> ((unsigned int)p1 - (unsigned int)p2) / sizeof(type);

注意：

• 只有當兩個指針指向同一個數組中的元素時，指針相減才有意義，其意義為指針所指元素的下標差

• 當兩個指針指向的元素不在同一個數組中時，結果未定義

下面看一段簡單的指針運算代碼：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    char s1[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    int i = 0;
    char s2[] = {'W', 'o', 'r', 'l', 'd'};
    char* p0 = s1;
    char* p1 = &s1[3];
    char* p2 = s2;
    int* p = &i;
	
    printf("%d\n", p0 - p1);
    //printf("%d\n", p0 + p2);  //ERROR
    printf("%d\n", p0 - p2);
    //printf("%d\n", p0 - p);   //ERROR
    //printf("%d\n", p0 * p2);  //ERROR
    //printf("%d\n", p0 / p2);  //ERROR
	
    return 0;
}

輸出結果如下：

注意兩個指針指向不同的數組，雖然它們兩相減符合語法，但是最后的結果肯定沒有意義。

再來看一段指針運算的應用代碼：

#include <stdio.h>
 
#define DIM(a) (sizeof(a) / sizeof(*a))
 
int main()
{
    char s[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    char* pBegin = s;
    char* pEnd = s + DIM(s); // Key point
    char* p = NULL;
    
    printf("pBegin = %p\n", pBegin);
    printf("pEnd = %p\n", pEnd);
    
    printf("Size: %d\n", pEnd - pBegin);
	
    for(p=pBegin; p<pEnd; p++)
    {
        printf("%c", *p);
    }
    
    printf("\n");
   
    return 0;
}

輸出結果如下：

注意以下幾點：

• 數組大小的計算方法：#define DIM(a) (sizeof(a) / sizeof(*a))

• char* pEnd = s + DIM(s); // Key point ==> pEnd 指向 'o' 后面的地址 ==> 這在 C 語言中是一個擦邊球的邊界位置，也是一個技巧，在這個邊界位置可以認為該指針是合法的，可以和其他指針進行比較運算和減法運算等，在 C++ 標準庫里面也合法

3.指針的比較

• 指針也可以進行關系運算 (<,<=,>，>=)

• 指針關系運算的前提是同時指向同一個數組中的元素

• 任意兩個指針之間的比較運算(==，!=)無限制

• 參與比較運算的指針類型必須相同

4.小結

• 數組聲明時編譯器自動分配一片連續的內存空間

• 指針聲明時只分配了用于容納地址值的 4 字節空間

• 指針和整數可以進行運算，其結果為指針

• 指針之間只支持減法運算，其結果為數組元素下標差

• 指針之間支持比較運算，其類型必須相同

二、指針與數組分析-下 

1.數組的訪問方式

以下標的形式訪問數組中的元素

以指針的形式訪問數組中的元素

2.下標形式 VS 指針形式

• 指針以固定增量在數組中移動時，效率高于下標形式

• 指針增量為1且硬件具有硬件增量模型時，效率更高

• 下標形式與指針形式的轉換

a[n] <--> *(a +n) <--> *(n + a) <--> n[a]

注意：現代編譯器的生成代碼優化率已大大提高，在固定增量時，下標形式的效率已經和指針形式相當；但從可讀性和代碼維護的角度來看，下標形式更優。

下面看一個數組的訪問方式代碼：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int a[5] = {0};
    int* p = a;
    int i = 0;
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        p[i] = i + 1;
    }
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("a[%d] = %d\n", i, *(a + i));
    }
    
    printf("\n");
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        i[a] = i + 10;
    }
    
    for(i=0; i<5; i++)
    {
        printf("p[%d] = %d\n", i, p[i]);
    }
    
    return 0;
}

輸出結果如下：

注意這個奇怪的寫法：i[a] = i + 10; ==> a[i] = i + 10;

下面通過一個實例，說明數組和指針的不同：

ext.c：

int a[] = {1, 2, 3, 4, 5};

test.c：

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

輸出結果如下：

下面來驗證一下數組名究竟是不是指針，將 test.c 改成：

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

輸出結果如下：

ext.c 中 a[ ] 的地址為 0x804a014，test.c 中的extern int* a; 只是申明標識符 a，編譯器會認為在這之前就已經給了地址值，就是 0x804a014，所以printf("a = %p\n", a); 就是打印0x804a014 地址中的 4 個字節的數，也就是 a[ ] 數組中的第一個元素 1，所以打印 0x1，*a 就是取 0x1 地址中的數，但是這個地址值是留給操作系統的，不可訪問，訪問就會產生段錯誤。

3.a 和 &a 的區別

• a 為數組首元素的地址

• &a 為整個數組的地址

• a 和 &a 的區別在于指針運算

這個就能看出 a + 1 和 &a + 1 的不同，a + 1 增加的步長是一個元素的大小，&a + 1 則是增加的步長是整個數組的大小。

下面看一個指針運算的經典問題：

#include <stdio.h>
 
int main()
{
    int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int* p1 = (int*)(&a + 1); 
    int* p2 = (int*)((int)a + 1);
    int* p3 = (int*)(a + 1);
    
    printf("%d, %d, %d\n", p1[-1], p2[0], p3[1]);
    
    return 0;
}

輸出結果如下：

p1[-1] 就是 *(p1 - 1)，由于 p1 指向的元素是 5 后面的位置，減 1 之后就指向了 5；p2 的地址是 0x804a015（注意 linux 系統為小端系統），*p2 就是 0x02000000，對應十進制的值就是 33554432；p3 的地址為 &a[1]，所以 p3[1] 就是 3 了。

4.數組參數

數組作為函數參數時，編譯器將其編譯成對應的指針

結論：一般情況下，當定義的函數中有數組參數時，需要定義另一個參數來標示數組的大小。

下面看一段代碼：

#include <stdio.h>
 
void func1(char a[5])
{
    printf("In func1: sizeof(a) = %d\n", sizeof(a));
    
    *a = 'a';
    
    a = NULL;
}
 
void func2(char b[])
{
    printf("In func2: sizeof(b) = %d\n", sizeof(b));
    
    *b = 'b';
    
    b = NULL;
}
 
int main()
{
    char array[10] = {0};
    
    func1(array);
    
    printf("array[0] = %c\n", array[0]);
    
    func2(array);
    
    printf("array[0] = %c\n", array[0]);
    
    return 0;
}

輸出結果如下：

這段代碼就說明數組參數退化成指針，因為 sizeof(a) 為 4 個字節，而不是 5 個字節。

關于“C語言指針和數組應用實例分析”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識，可以關注億速云行業資訊頻道，小編每天都會為大家更新不同的知識點。