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電腦編程入門(mén)：C語(yǔ)言指針和數(shù)組基礎(chǔ)
關(guān)于C語(yǔ)言中指針和數(shù)組的爭(zhēng)論就像是一場(chǎng)惡戰(zhàn)。一方面，有些人覺(jué)得，所有人都必須承認(rèn)指針與數(shù)組是不同的。而另一些人則認(rèn)為數(shù)組被當(dāng)成指針來(lái)處理，因此它們不應(yīng)該有什么區(qū)別。這種現(xiàn)象讓人迷惑。然而，這兩種說(shuō)法其實(shí)都是正確的。
數(shù)組不是指針，指針也不能說(shuō)是數(shù)組。在C語(yǔ)言中，指針僅在內(nèi)存中代表一個(gè)地址，而數(shù)組是許多連續(xù)的內(nèi)存塊，多個(gè)類(lèi)型相似的元素存儲(chǔ)在其中。更深入的解釋?zhuān)?qǐng)參考我之前的博文《C語(yǔ)言?xún)?nèi)存地址》。在C語(yǔ)言的絕大多數(shù)情況下，數(shù)組被當(dāng)作指針來(lái)處理，這也是使人困惑的地方。
數(shù)組表示法vs指針表示法
數(shù)組被當(dāng)作指針來(lái)處理，具體指的下面兩條：
數(shù)組名變量代表了數(shù)組中第一個(gè)元素的地址。它并不是一個(gè)指針，但卻表現(xiàn)得像一個(gè)不能被修改的常指針一樣。
程序在與數(shù)組交互的時(shí)候，用指針表示法代替數(shù)組表示法。
我們來(lái)看點(diǎn)代碼吧。
// 初始化數(shù)組
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
// 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)組表示法
int *ptr1 = numbers;
int val1 = numbers[0];
// 數(shù)組表示法取地址
int *ptr2 = &numbers[0];
int val2 = *(&numbers[0]);
// 指針加偏移表示法
int *ptr3 = numbers + 0;
int val3 = *(numbers + 0);
// 輸出指針中的地址
printf("*ptr1 = %p ", (void *)ptr1);
printf("*ptr2 = %p ", (void *)ptr2);
printf("*ptr3 = %p ", (void *)ptr3);
// 輸出地址指向的int值
printf("val1 = %d ", val1);
printf("val2 = %d ", val1);
printf("val3 = %d ", val1);
我們聲明了一個(gè)包含5個(gè)int的數(shù)組，并將數(shù)組名變量numbers賦給了一個(gè)int指針，ptr1。numbers代表了這個(gè)數(shù)組第一個(gè)元素的地址，將其賦給ptr1正是把它當(dāng)成了指針來(lái)使用。接著我們用數(shù)組表示法訪(fǎng)問(wèn)了第一個(gè)元素的值。
第二個(gè)例子中，我們用數(shù)組表示法取了數(shù)組中第一個(gè)元素的地址，之后我們用解引用第一個(gè)元素所在地址的方法訪(fǎng)問(wèn)了它。
第三個(gè)例子中，我們用指針運(yùn)算將數(shù)組中第一個(gè)元素的地址賦值給ptr3，之后我們解引用相同的地址來(lái)得到它的值。
最后我們將所有存儲(chǔ)在指針中的地址和所有在這些地址的int值輸出到屏幕上。運(yùn)行這段代碼，你會(huì)得到類(lèi)似下面的輸出：
*ptr1 = 0x7fff6be1de60
*ptr2 = 0x7fff6be1de60
*ptr3 = 0x7fff6be1de60
val1 = 1
val2 = 1
val3 = 1
所有值都是相同的。接下來(lái)再看看下面的代碼：
// 初始化數(shù)組
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int i = 0;
// 用數(shù)組表示法輸出元素
for (i = 0; i < 5; i++ ) {
int value = numbers[i];
printf("numbers[%d] = %d ", i, value);
}
// 用指針加偏移輸出元素（真討厭）
for (i = 0; i < 5; i++ ) {
int value = *(numbers + i);
printf("*(numbers + %d) = %d ", i, value);
}
// 僅用一個(gè)指針輸出元素
int *ptr = numbers;
for (i = 0; i < 5; i++ ) {
int value = *ptr++;
printf("%d, *ptr++ = %d ", i, value);
}
運(yùn)行它，你會(huì)得到以下輸出：
numbers[0] = 1
numbers[1] = 2
numbers[2] = 3
numbers[3] = 4
numbers[4] = 5
*(numbers + 0) = 1
*(numbers + 1) = 2
*(numbers + 2) = 3
*(numbers + 3) = 4
*(numbers + 4) = 5
0, *ptr++ = 1
1, *ptr++ = 2
2, *ptr++ = 3
3, *ptr++ = 4
4, *ptr++ = 5
就像你看到的那樣，所有過(guò)程得到了相同的結(jié)果。
數(shù)組表示法實(shí)際上就是指針運(yùn)算。C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)只是將numbers[0]定義為*(numbers + 0)的語(yǔ)法糖。（譯者注：語(yǔ)法糖，它意指那些沒(méi)有給計(jì)算機(jī)語(yǔ)言添加新功能，而只是對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)更容易理解的語(yǔ)法。）無(wú)論何時(shí)，你寫(xiě)下一個(gè)數(shù)組表示法，比方說(shuō)numbers[2]，都會(huì)被編譯器轉(zhuǎn)換為*(numbers + 2)。這里，numbers表示數(shù)組中第一個(gè)元素的地址，+2則表示用于指針運(yùn)算的'偏移量。
數(shù)組變量
我們已經(jīng)展示了，數(shù)組常被當(dāng)作指針來(lái)處理，而且對(duì)于C編譯器而言數(shù)組表示法就是指針運(yùn)算。一些人自然而然地就做出了這樣的假設(shè)：既然數(shù)組能被當(dāng)成指針，指針也應(yīng)該能賦值給數(shù)組。這是不對(duì)的，數(shù)組名變量不能被改變。我們看看下面的代碼吧。
// 初始化數(shù)組
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int numbers2[5] = {6,7,8,9,0};
int *ptr = numbers2;
// 這不能通過(guò)編譯
numbers = numbers2;
numbers = &numbers2;
numbers = ptr;
這段代碼不能通過(guò)編譯。試一試，你會(huì)得到以下輸出。
incompatible types when assigning to type ‘int[5]’ from type ‘int *’
incompatible types when assigning to type ‘int[5]’ from type ‘int (*)[5]’
incompatible types when assigning to type ‘int[5]’ from type ‘int *’
雖然數(shù)組名變量代表了數(shù)組第一個(gè)元素的地址，它卻表現(xiàn)得像一個(gè)不能被更改的常指針一樣。它不能接受一個(gè)別的數(shù)組名變量或是指向另一個(gè)數(shù)組的指針的賦值。思考一下，如果你有一個(gè)數(shù)組名變量A代表一個(gè)數(shù)組，而且你能夠改變A的地址，那被A指向的內(nèi)存將會(huì)發(fā)生生么？
接下來(lái)看看這段能夠編譯的代碼。
// 初始化數(shù)組
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int numbers2[5] = {6,7,8,9,0};
int *ptr1 = numbers;
int *ptr2 = numbers2;
// 能通過(guò)編譯
ptr1 = ptr2;
// 輸出地址
printf("numbers = %p ", (void *)numbers);
printf("numbers2 = %p ", (void *)numbers2);
printf("ptr1 = %p ", (void *)ptr1);
printf("ptr2 = %p ", (void *)ptr2);
它會(huì)輸出這樣的結(jié)果：
numbers = 0x7fff5ea3d230
numbers2 = 0x7fff5ea3d250
ptr1 = 0x7fff5ea3d250
ptr2 = 0x7fff5ea3d250
雖然不能直接改變數(shù)組名變量，我們?nèi)匀桓淖円粋�(gè)指向這個(gè)數(shù)組的指針。代碼中，我們創(chuàng)建了兩個(gè)數(shù)組，兩個(gè)int指針。我們將numbers賦給了ptr1，將numbers2賦給了ptr2。接著我們將ptr2賦給了ptr1，最后輸出結(jié)果。可以看到，ptr1和ptr2都指向了numbers2數(shù)組的第一個(gè)元素。
總結(jié)
我希望你們能夠喜歡這篇對(duì)C語(yǔ)言中數(shù)組和指針的概述。我們沒(méi)有囊括關(guān)于指針和數(shù)組的一切知識(shí)，但足以作為一個(gè)開(kāi)始。跟往常一樣，我非常愿意接受大家的評(píng)論和建議。
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