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C语言【指针篇】(三)

前言

本文主要基于前面对指针的掌握,进一步学习:数组名的理解、使用指针访问数组、一维数组传参的本质、冒泡排序、二级指针、指针数组以及指针数组模拟二维数组。

正文

1. 数组名的理解

我们可能遇到过这样的代码

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

在这里&arr[0]表示取到第一个元素的首地址,而arr本身就是地址,地址与首元素的地址一样,如下代码可做验证:

#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 = %p\n" , arr);
    return 0;
}

结果
运行结果果然一致
结论:数组名和数组首元素的地址打印出的结果一模一样,即数组名就是数组首元素 的地址。
但是,有人又有这样的疑问:既然一样,它们所占字节是否也是相等的?如下代码

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

结果
显然不同,若arr是数组首元素的地址,输出应该是4或8(取决于系统中指针的大小)。
其实数组名是数组首元素的地址这一说法是正确的
但存在两个例外
sizeof(数组名),sizeof中单独放数组名,这里的数组名表示整个数组,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,取出的是整个数组的地址(整个数组的地址和数组首元素的地址是有区别的)。
我们可以测试如下代码

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

结果是一致的,那arr和&arr有啥区别呢?再看下面代码:

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

结果
可以发现&arr[0]&arr[0]+1相差 4 个字节,arrarr+1相差 4 个字节,这是因为&arr[0]arr都是首元素的地址,+1就是跳过一个元素。而&arr&arr+1相差 40 个字节,这是因为&arr是数组的地址,+1操作是跳过整个数组。至此,数组名的意义就清楚了,数组名是数组首元素的地址,但有上述 2 个例外。

2. 使用指针访问数组

下面我们看如何使用指针快速访问数组,下面给出常见写法
注意:语句上面的注释代表等价



#include<stdio.h>

int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	//使用指针操作数组
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	int* p = arr;
	//输入
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		/*scanf("%d", p);
		p++;*/
		scanf("%d", p + i);
	}

	//输出
	p = arr;
	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		/*printf("%d", *p);
		p++;*/
		/*printf("%d ", *(p + i));*/
		/*printf("%d ", arr[i]);*/
		/*printf("%d ", p[i]);*/
		printf("%d ", i[arr]);//可以但不推荐,毕竟太奇怪了
	}
	return 0;
}

最后自己敲出来理解一下。

3. 一维数组传参的本质

数组可以传递给函数,本小节讨论数组传参的本质。先看一个问题,之前都是在函数外部计算数组的元素个数,能否把数组传给函数后,在函数内部求数组的元素个数呢?

#include <stdio.h>
void test(int arr[])//arr[]相当于指针变量,x64是8字节
{
    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:
结果
分析

发现在函数内部没有正确获得数组的元素个数。

这是因为数组传参的本质是:数组名是数组首元素的地址,数组传参时传递的是数组名,即本质上传递的是数组首元素的地址。
所以函数形参部分理论上应该使用指针变量来接收首元素的地址。在函数内部写sizeof(arr)计算的是一个地址的大小(单位字节)而不是数组的大小(单位字节)。正是因为函数的参数部分本质是指针,所以在函数内部无法求出数组元素个数。

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;
}

两个的结果是一致的x64都是8;
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。

4. 冒泡排序

排序在数据结构中会重点讲,这里简单说一下冒泡排序
冒泡排序的核心思想是:两两相邻的元素进行比较。

方法1:

//方法1
void bubble_sort(int arr[], int sz)//参数接收数组元素个数
{
    int i = 0;
    for(i=0; i<sz-1; i++)
    {
        int j = 0;
        for(j=0; j<sz-i-1; j++)
        {
            if(arr[j] > arr[j+1])
            {
                int tmp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = tmp;
            }
        }
    }
}
int main()
{
    int arr[] = {3,1,7,5,8,9,0,2,4,6};
    int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    bubble_sort(arr,sz);
    int i=0;
    for(i=0;i<sz;i++)
    {
        printf("%d",arr[i]);
    }
    return 0;
}

方法2 - 优化:

//方法2-优化
void bubble_sort(int arr[],int sz)
{
    int i=0;
    for(i=0;i<sz-1;i++)
    {
        int flag=1;//假设这一趟已经有序了
        int j=0;
        for(j=0;j<sz-i-1;j++)
        {
            if(arr[j]>arr[j+1])
            {
                int tmp = arr[j];
                arr[j]= arr[j+1];
                arr[j+1]=tmp;
                flag = 0;
            }
        }
        if(flag==1)//这一趟没交换就说明已经有序,后续无序排序了
            break;
    }
}
int main()
{
    int arr[]={3,1,7,5,8,9,0,2,4,6};
    int sz=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
    bubble_sort(arr, sz);
    int i=0;
    for(i=0;i<sz;i++)
    {
        printf("%d",arr[i]);
    }
    return 0;
}

5. 二级指针

指针变量也是变量,有地址,指针变量的地址存放在二级指针中。
二级指针

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a=10;
    int *pa = &a; 
    int**ppa=&pa;
    return 0;
}

对于二级指针的运算有:

  • *ppa:通过对ppa中的地址进行解引用,找到的是pa*ppa其实访问的就是pa
int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;
  • **ppa:先通过*ppa找到pa,然后对pa进行解引用操作*pa,找到的是a
**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;
int main()
{
	int a = 10;
	int* pa = &a;
	int** ppa = &pa; 

	printf("%d\n", a);
	printf("%d\n", *pa);
	printf("%d\n", **ppa);
	return 0;
}

打印结果

6. 指针数组

指针数组是存放指针的数组,类比整型数组存放整型、字符数组存放字符。指针数组的每个元素都是用来存放地址(指针)的,每个元素又可以指向一块区域。
示意图
简单示例:

int main()
{
	int a = 10, b = 20, c = 30,d = 40;
	int* parr[4] = { &a,&b,&c,&d };
	for (int i = 0; i < 4; i++)
	{
		printf("%d ", *(parr[i]));
	}
	return 0;
}

结果

7. 指针数组模拟二维数组

代码演示:

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr1[5] = { 1,2,3,4,5 };
	int arr2[5] = { 2,3,4,5,6 };
	int arr3[5] = { 3,4,5,6,7 };

	int* parr[3] = { arr1,arr2,arr3 };

	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < 5; j++)
		{
			printf("%d ", parr[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}

	return 0;
}

parr[i]用于访问parr数组的元素,parr[i]找到的数组元素指向了整型一维数组,parr[i][j]就是整型一维数组中的元素。
结果

上述代码模拟出二维数组的效果,但实际上并非完全是二维数组,因为每一行并非是连续的。
图

总结

本文大部分内容都是围绕数组和指针两者结合使用,并且涉及排序这个数据结构的重要内容,喜欢或觉得有用的话还希望点赞关注收藏三连支持一下,谢谢。

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