【C语言】-指针02（指针与数组）

前言

1、指针和数组

1.1、数组名与指针的区别

数组名是数组首元素的地址，是一个地址常量，在程序运行过程中不会改变。即arr==&arr[0]。但可以把地址赋值给对应的指针变量，可以修改指针变量的值。

int* arr[10] = {0};
int* ptr;
ptr = arr;			/* 把数组地址赋值给指针 */
*(arr + 2);			/* arr第三个元素的值 */
*arr +2;			/* arr第一个元素的值加2 */
*ptr ++;			/* 先使用ptr 指向的值，再递增该指针 */
(*ptr)++;			/* 先指向ptr指向的值，再递增该值 */

其中*ptr ++等效于 *(ptr ++)。一元运算符*与++的优先级相同，但结合律是从右往左。但由于++是后缀形式，所以是先指向值，再递增指针。

1.2、在函数中传递数组的多种方法

1、指定数组大小（静态数组）

#include <stdio.h>

// 函数定义：接收固定大小的数组
void print_fixed_array(int arr[5]) {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    print_fixed_array(arr);  // 必须传递长度为5的数组
    return 0;
}

2、作为指针传递，并给出数组大小

#include <stdio.h>

// 函数定义：接收整型指针
void print_array(int *arr, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);  // 等价于 *(arr + i)
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    print_array(arr, 5);  // 传递数组名（隐式转换为指针）
    return 0;
}

3、传递首地址和末尾地址

#include <stdio.h>

// 函数接收数组的起始指针和结束后一位指针
void print_array(int *begin, int *end) {
    for (int *p = begin; p < end; p++) {
        printf("%d ", *p);
    
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    print_array(arr, arr + 5);  // 传递首地址和结束后一位地址
    return 0;
}

1.3、在函数中声明数组中形参

由于数组名是该数组首元素的地址，作为实际参数的数组名要求形式参数是一个与之匹配的指针，而且由于函数原型是可以省略参数名的，所以以下四种原型都是等价的。

int sum(int* arr,int size);
int sum(int arr[],int size);
int sum(int* ,int);
int sum(int [],int);

但是在函数定义中不能省略参数名。

3、指针与const关键字

3.1、使用const关键字约束函数形参中的指针

若使用函数的意图不是修改数组中的内容，那应在声明形式参数中使用关键字const。

#include <stdio.h>

// 函数声明：使用const修饰数组形参，表示不修改原数组
void print_array(const int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
        // arr[i] = 0;  // 错误：修改const数组会导致编译错误
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    print_array(arr, 5);  // 传递数组，函数内部无法修改
    return 0;
}

3.2、指向常量的指针和常量指针

它们的区别在于指针本身和指针指向的内容是否可变。
1、指针常量（即指向常量的指针）
即指针指向的内容不可变，但指针本身可以改变。const int* ptr 或 int const* ptr（两种写法等价）。常用于防止函数修改原数组或变量。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    const int* ptr = &a;  // 指针ptr指向常量（逻辑上）
    
    // *ptr = 100;  // 错误：不能通过ptr修改所指向的内容
    ptr = &b;     // 允许：ptr本身可以指向其他地址
    printf("%d\n", *ptr);  // 输出20
    return 0;
}

2、常量指针（指针本身是常量）
即指针本身不可变，但指针指向的内容可以改变。int* const ptr，常用于指向硬件地址或寄存器地。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int* const ptr = &a;  // 指针ptr本身是常量
    
    *ptr = 100;    // 允许：可以修改ptr指向的内容
    // ptr = &b;  // 错误：不能修改ptr本身的值
    printf("%d\n", *ptr);  // 输出100
    return 0;
}

3、指向常量的指针常量
即指向的内容和指针本身都不可变化。const int* const ptr。常用于全局配置参数。

#include <stdio.h>
const char* const CONFIG_KEY = "APP_ID";

int main() {
    int a = 10;
    const int* const ptr = &a;  // 双重常量
    
    // *ptr = 100;  // 错误：不能修改内容
    // ptr = &b;   // 错误：不能修改指针
    return 0;
}

4、指针和多维数组

4.1、指向二维数组的指针

数组名退化为指针原则：一维数组名退化为指向元素的指针int *，而二维数组名退化为指向移位数组的指针 int(*)[N]。

int arr[4][2];

1、arr是指向一维数组的指针

• arr的类型是 int(*)[2]，即指向包含2个int元素的一维数组的指针。
• arr指向数组的首地址，即第0行的起始地址。
• arr+1的偏移量是 1*2*sizeof(int)字节，指向下一行。
• *arr代表该数组首元素 arr[0]的值，但 arr[0]的值是一个地址。**arr才表示*&arr[0][0]。

2、arr[0]是指向一维数组的指针

• arr[0]的类型是 int*，即指向int的指针。
• arr[0]是第0行第一个元素arr[0][0]的地址，等价于&arr[0][0]。
• arr[0]+1的偏移量是 1*sizeof(int)字节，即指向第0行的第二个元素arr[0][1]。
• • *(arr[0])代表存储在*arr[0][0]位置的数值。

4.2、指向多维数组的指针

int (* ptr)[2];		/* 指向一个内涵两个int类型值的数组 */
int* ptr[2];		/* ptr是一个内含两个指针元素的数组，每个元素都指向int类型的指针 */

1、 int (*ptr)[2] ：指向数组的指针（数组指针）

• 优先级：括号() 优先级高于[] ，因此ptr 先被声明为指针。
• 数据类型：int (*)[2] 指向一个包含 2 个 int 元素的数组，类型为int (*)[2]。
• 内存占用：通常为 4/8 字节（取决于系统架构）。
• 存储内容：存储一个数组的起始地址，数组长度固定为 2。
• 偏移量：ptr + 1 跳过 2×sizeof(int) 字节（即一个完整数组）。

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[3][2] = {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}};
    int (*ptr)[2] = &arr[0];  // 指向第0行（类型匹配）
    
    printf("ptr指向的地址: %p\n", (void*)ptr);
    printf("ptr + 1的地址: %p\n", (void*)(ptr + 1));  // 偏移8字节
    
    // 访问元素：ptr[i][j] 等价于 *(*(ptr + i) + j)
    printf("ptr[1][0] = %d\n", ptr[1][0]);  // 输出3
    return 0;
}

2、int* ptr[2]：指针数组（元素为指针的数组）

• 优先级：[] 优先级高于 *，因此 ptr 先被声明为数组。
• 数据类型：ptr 是一个包含 2 个 int* 元素的数组，类型为int*[2] 。
• 内存占用：int* ptr[2]2×sizeof(int*) 字节（如 16 字节）。
• 存储内容：存储 2 个独立的指针，每个指针可指向不同的 int 变量或数组。
• 偏移量： ptr[i] 是第 i 个指针，ptr[i] + 1 跳过sizeof(int) 字节。

#include <stdio.h>

int main() {
    int a = 10, b = 20;
    int arr[3] = {1, 2, 3};
    
    int* ptr[2] = {&a, &arr[0]};  // 初始化2个指针
    
    printf("ptr[0]指向的值: %d\n", *ptr[0]);  // 输出a的值10
    printf("ptr[1][1]的值: %d\n", ptr[1][1]);  // 输出arr[1]的值2
    
    // 修改指针指向
    ptr[0] = &b;
    printf("修改后ptr[0]的值: %d\n", *ptr[0]);  // 输出b的值20
    return 0;
}