程序设计基石与实践之C语言指针和数组基础

英文出处：Dennis Kubes: 《Basics of Pointers and Arrays in C》。

关于C语言中指针和数组的争论就像是一场恶战。一方面，有些人觉得，所有人都必须承认指针与数组是不同的。而另一些人则认为数组被当成指针来处理，因此它们不应该有什么区别。这种现象让人迷惑。然而，这两种说法其实都是正确的。

数组不是指针，指针也不能说是数组。在C语言中，指针仅在内存中代表一个地址，而数组是许多连续的内存块，多个类型相似的元素存储在其中。更深入的解释，请参考我之前的博文《C语言内存地址》。在C语言的绝大多数情况下，数组被当作指针来处理，这也是使人困惑的地方。

数组表示法vs指针表示法

数组被当作指针来处理，具体指的下面两条：

数组名变量代表了数组中第一个元素的地址。它并不是一个指针，但却表现得像一个不能被修改的常指针一样。
程序在与数组交互的时候，用指针表示法代替数组表示法。

我们来看点代码吧。

// initialize an array of ints
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};// standard array notation
int *ptr1 = numbers;
int val1 = numbers[0];// address of array notation
int *ptr2 = &numbers[0];
int val2 = *(&numbers[0]);// pointer + increment notation
int *ptr3 = numbers + 0;
int val3 = *(numbers + 0);// print out the address stored in the pointers
printf("*ptr1 = %p\n", (void *)ptr1);
printf("*ptr2 = %p\n", (void *)ptr2);
printf("*ptr3 = %p\n", (void *)ptr3);// print out the value at the pointer addresses
printf("val1 = %d\n", val1);
printf("val2 = %d\n", val1);
printf("val3 = %d\n", val1);

我们声明了一个包含5个int的数组，并将数组名变量numbers赋给了一个int指针，ptr1。numbers代表了这个数组第一个元素的地址，将其赋给ptr1正是把它当成了指针来使用。接着我们用数组表示法访问了第一个元素的值。

第二个例子中，我们用数组表示法取了数组中第一个元素的地址，之后我们用解引用第一个元素所在地址的方法访问了它。

第三个例子中，我们用指针运算将数组中第一个元素的地址赋值给ptr3，之后我们解引用相同的地址来得到它的值。

最后我们将所有存储在指针中的地址和所有在这些地址的int值输出到屏幕上。运行这段代码，你会得到类似下面的输出：

*ptr1 = 0x7fff6be1de60
*ptr2 = 0x7fff6be1de60
*ptr3 = 0x7fff6be1de60
val1 = 1
val2 = 1
val3 = 1

所有值都是相同的。接下来再看看下面的代码：

// initialize an array of ints
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int i = 0;// print out elements using array notation
for (i = 0; i < 5; i++ ) {int value = numbers[i];printf("numbers[%d] = %d\n", i, value);
}// print out elements using pointer math + array indexing (yuck!)
for (i = 0; i < 5; i++ ) {int value = *(numbers + i);printf("*(numbers + %d) = %d\n", i, value);
}// print out elements using a single pointer
int *ptr = numbers;
for (i = 0; i < 5; i++ ) {int value = *ptr++;printf("%d, *ptr++ = %d\n", i, value);
}

运行它，你会得到以下输出：

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

就像你看到的那样，所有过程得到了相同的结果。

数组表示法实际上就是指针运算。C语言标准只是将numbers[0]定义为*(numbers + 0)的语法糖。（译者注：语法糖，它意指那些没有给计算机语言添加新功能，而只是对人类来说更容易理解的语法。）无论何时，你写下一个数组表示法，比方说numbers[2]，都会被编译器转换为*(numbers + 2)。这里，numbers表示数组中第一个元素的地址，+2则表示用于指针运算的偏移量。

数组变量

我们已经展示了，数组常被当作指针来处理，而且对于C编译器而言数组表示法就是指针运算。一些人自然而然地就做出了这样的假设：既然数组能被当成指针，指针也应该能赋值给数组。这是不对的，数组名变量不能被改变。我们看看下面的代码吧。

// initialize an array of ints
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int numbers2[5] = {6,7,8,9,0};
int *ptr = numbers2;// this won't compile
numbers = numbers2;
numbers = &numbers2;
numbers = ptr;

这段代码不能通过编译。试一试，你会得到以下输出。

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 *’

虽然数组名变量代表了数组第一个元素的地址，它却表现得像一个不能被更改的常指针一样。它不能接受一个别的数组名变量或是指向另一个数组的指针的赋值。思考一下，如果你有一个数组名变量A代表一个数组，而且你能够改变A的地址，那被A指向的内存将会发生生么？

接下来看看这段能够编译的代码。

// initialize an array of ints
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int numbers2[5] = {6,7,8,9,0};
int *ptr1 = numbers;
int *ptr2 = numbers2;// this will compile
ptr1 = ptr2;// print the addresses
printf("numbers = %p\n", (void *)numbers);
printf("numbers2 = %p\n", (void *)numbers2);
printf("ptr1 = %p\n", (void *)ptr1);
printf("ptr2 = %p\n", (void *)ptr2);

它会输出这样的结果：

numbers = 0x7fff5ea3d230
numbers2 = 0x7fff5ea3d250
ptr1 = 0x7fff5ea3d250
ptr2 = 0x7fff5ea3d250

虽然不能直接改变数组名变量，我们仍然改变一个指向这个数组的指针。代码中，我们创建了两个数组，两个int指针。我们将numbers赋给了ptr1，将numbers2赋给了ptr2。接着我们将ptr2赋给了ptr1，最后输出结果。可以看到，ptr1和ptr2都指向了numbers2数组的第一个元素。

总结

我希望你们能够喜欢这篇对C语言中数组和指针的概述。我们没有囊括关于指针和数组的一切知识，但足以作为一个开始。跟往常一样，我非常愿意接受大家的评论和建议.

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