编程之基 --- C语言基础大全 III

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流程一览

Eighth Week 数组
- 1. 数组
- 2. 数组运算
- - 2.1 素数
  - 2.2 二维数组
Ninth Week 指针
- 1. 指针
- 2. 指针应用
- 3. 常见错误
- 4. 数组和指针
- 5. 指针和const
- 6. 指针运算
- 7. 动态分配内存

Eighth Week 数组

1. 数组

定义数组：

<类型> 变量名称[元素数量];
- ```
int grades[100];
```
- ```
double weight[20];
```
元素数量必须是整数
C99之前：元素数量必须是编译时刻确定的字面量

数组：

是一种容器（放东西的东西），特点是：
- 其中所有的元素具有相同的数据类型；
- 一旦创建，不能改变大小
- *（数组中的元素在内存中是连续依次排列的）

有效的下标范围：

编译器和运行环境都不会检查数组下标是否越界，无论是对数组单元做读还是写
一旦程序运行，越界的数组访问可能造成问题，导致程序崩溃
- segmentation fault
但是也可能运气好，没造成严重的后果
所以这是程序员的责任来保证程序只使用有效的下标值：[0,数组的大小-1]

int a[0];  // 可以存在，但是无用

统计个数示例：

const int number = 10;  // 数组的大小，c99
int x;
int count[number];  // 定义数组
int i;for (i=0; i<number; i++) {  // 初始化数组count[i] = 0;
}
scanf("%d", &x);
while (x!=-1) {if (x>=0 && x<=9) {count[x]++;  // 数组参与运算}scanf("%d", &x);
}
for (i=0; i<number; i++) {  // 遍历数组输出printf("%d:%d\n", i, count[i]);
}

2. 数组运算

集成初始化时的定位：

int a[10] = {  // c99 ONLY[0] = 2, [2] = 3, 6,
};

用[n]在初始化数据中给出定位
没有定位的数据接在前面的位置后面
其他位置的值补零
也可以不给出数组大小，让编译器算
特别适合初始数据稀疏的数组

数组的大小：

sizeof给出整个数组所占据的内容的大小，单位是字节
```
sizeof(a)/sizeof(a[0])
```
sizeof(a[0])给出数组中单个元素的大小，于是相除就得到了数组的单元个数
这样的代码，一旦修改数组中初始的数据，不需要修改遍历的代码

数组的赋值：

int a[] = {2, 4, 6, 7, 1, 3};
int b[] = a;

数组变量本身不能被赋值
要把一个数组的所有元素交给另一个数组，必须采用遍历

for (i=0; i<length; i++) {b[i] = a[i];
}

数组作为函数参数时，往往必须再用另一个参数来传入数组的大小
数组作为函数的参数时：
- 不能在[]中给出数组的大小
- 不能再利用sizeof来计算数组的元素个数！

/*
找出key在数组a中的位置
@param key 要寻找的数字
@param a 要寻找的数组
@param length 数组a的长度
@return 如果找到，返回其在a中的位置；如果找不到则返回-1
*/
int search(int key, int a[], int length);int main(void) {int a[] = {2, 4, 6, 7, 1, 3, 5, 9};int x;int loc;printf("请输入一个数字：");scanf("%d", &x);loc = search(x, a, sizeof(a)/sizeof(a[0]));if (loc != -1) {printf("%d在第%d个位置上\n", x, loc);} else {printf("%d不存在\n", x);}return 0;
}int search(int key, int a[], int length) {int ret = -1;int i;for (i=0; i<length; i++) {if (a[i] == key) {ret = i;break;}}return ret;
}

2.1 素数

判断是否能被已知的且<x的素数整除：

int isPrime(int x, int knownPrimes[], int numberOfKnownPrimes) {int ret = 1;int i;for (i=0; i<numberOfKnownPrimes; i++) {if (x%knownPrimes[i] == 0) {ret = 0;break;}}return ret;
}int main(void) {const int number = 100;int prime[number] = {2};int count = 1;int i = 3;while (count < number) {if (isPrime(i, prime, count)) {prime[count++] = 1;}i++;}for (i=0; i<number; i++) {printf("%d", prime[i]);if ((i+1)%5) printf("\t");else printf("\n");}return 0;
}

构造素数表：

预构造n以内的素数表
1. 令x为2
2. 将2x、3x、4x直至ax<n的数标记为非素数
3. 令x为下一个没有被标记为非素数的数，重复2；直到所有的数都已经尝试完毕

构造n以内（不含）的素数表
1. 开辟prime[n]，初始化其所有元素为1，prime[x]为1表示x是素数
2. 令x=2
3. 如果x是素数，则对于 (i=2; x*i<n; i++) 令 prime[i*x]=0
4. 令x++，如果x<n，重复3，否则结束

#include <stdio.h>int main() {const int maxNumber = 25;int isPrime[maxNumber];int i;int x;for (i=0; i<maxNumberl i++) {isPrime[i] = 1;}for (x=2; x<maxNumber; i++) {if (isPrime[x]) {for (i=2; i*x<maxNumber; i++) {isPrime[i*x] = 0;}}}for (i=2; i<maxNumber; i++) {if (isPrime[i]) {printf("%d\t", i);}}printf("\n");return 0;
}

2.2 二维数组

二维数组的初始化：

int a[][5] = {{0, 1, 2, 3, 4},{2, 3, 4, 5, 6},
};

列数是必须给出的，行数可以由编译器来数
每行一个{}，逗号分隔
最后的逗号可以存在，有古老的传统
如果省略，表示补零
也可以用定位（*C99 ONLY）

Ninth Week 指针

1. 指针

只能变量取地址

就是保存地址的变量

int i;
int* p = &i;
int* p, q;
int *p, q;  // 与上一行所表达一样，p指针，q是int类型变量

访问那个地址上的变量*

*是一个单目运算符，用来访问指针的值所表示的地址上的变量
可以做右值也可以做左值
- ```
int k = *p;
```
- ```
*p = k+1;
```

*左值之所以叫左值

是因为出现在赋值号左边的不是变量，而是值，是表达式计算的结果；

```
a[0] = 2;
```

*p = 3;  // 赋值时，p代表的是地址，\*p代表的是地址所指的值。

是特殊的值，所以叫做左值

2. 指针应用

指针应用场景一：

交换两个变量的值

void swap(int *pa, int *pb) {int t = *pa;*pa = *pb;*pb = t;
}

指针应用场景二a：

函数返回多个值，某些值就只能通过指针返回
- 传入的参数实际上是需要保存带回的结果的变量

指针应用场景二b：

函数返回运算的状态，结果通过指针返回
常用的套路是让函数返回特殊的不属于有效范围内的值来表示出错：
- -1或0（在文件操作会看到大量的例子）
但是当任何数值都是有效的可能结果时，就得分开返回了
- 后续的语言（C++，Java）采用了异常机制来解决这个问题

3. 常见错误

定义了指针变量，还没有指向任何变量，就开始使用指针

4. 数组和指针

传入函数的数组成了什么？

函数参数表中的数组实际上是指针
- ```
sizeof(a) == sizeof(int*)
```
- 但是可以用数组的运算符[]进行运算

int isPrime(int x, int knownPrimes[], int numberOfKnownPrimes) {int ret = 1;int i;for (i=0; i<numberOfKnownPrimes; i++) {if (x%knownPrimes[i] == 0) {ret = 0;break;}}return ret;
}

数组变量是特殊的指针：

数组变量本身表达地址，所以
- ```
int a[10]; int *p=a;  // 无需用&取地址
```
- 但是数组的单元表达的是变量，需要用&取地址
- ```
a == &a[0]
```
[]运算符可以对数组做，也可以对指针做：
- p[0] <==> a[0]
*运算符可以对指针做，也可以对数组做：
- ```
*a = 25;
```
数组变量是const的指针，所以不能被赋值
- int a[] <==> int *cosnt a=…

5. 指针和const

指针是const：

表示一旦得到了某个变量的地址，不能再指向其他变量（可以改所指地址变量的值，不可以改所指地址）
- ```
int* const q = &i;  // q是const
```
- ```
*q = 26;  // OK
```
- ```
q++;  // ERROR
```

所指是const：

表示不能通过这个指针去修改那个变量（并不能使得那个变量成为const。变量本身是可以修改的，但是不可以通过那个指针去修改）
- ```
const int *p = &i;
```
- ```
*p = 26;  // ERROR!(\*p)是const
```
- ```
i = 26;  // OK
```
- ```
p = &j;  // OK
```

转换：

总是可以把一个非const的值转换成const的

void f(const int *x);  // 表示接受的值，我不会去更改它，你放心！int a = 15;
f(&a);  // ok
const int b = a;  // 无论传入f的值是不是const都可以
f(&b);  // okb = a + 1;  // Error

当要传递的参数的类型比地址大的时候，这是常用的手段：既能用比较少的字节数传递值给参数，又能避免函数对外面的变量的修改

6. 指针运算

1+1=2？

给一个指针加1表示要让指针指向下一个变量

int a[10];
int *p = a;
// *(p+1)——>a[1]

如果指针不是指向一片连续分配的空间，如数组就是连续分配的空间，则这种运算没有意义

指针计算：

这些算术运算可以对指针做：
- 给指针加、减一个整数（+，+=，-，-=）
- 递增递减（++/–）

指针相减是指相隔了多少个数

*p++

取出p所指的那个数据来，完事之后顺便把p移到下一个位置去
*的优先级虽然高，但是没有++高
常用于数组类的连续空间操作
在某些CPU上，这可以直接被翻译成一条汇编指令

指针比较：

<，<=，==，>，>=，!=都可以对指针做（地址大小的比较）
比较它们在内存中的地址
数组中的单元的地址肯定是线性递增的

0地址

当然你的内存中有0地址，但是0地址通常是个不能随便碰的地址
操作系统会给每个进程一片虚拟的地址空间，都含有虚拟的从0地址开始的连续空间
所以你的指针不应该具有0值
因此可以用0地址来表示特殊的事情：
- 返回的指针是无效的
- 指针没有被真正初始化（可以先初始化为0，但是并没有意义的值。可以当你使用这个变量的时候系统会崩溃，表明这个值为0或没有初始化）
NULL是一个预定定义的符号，表示0地址
- 有的编译器不愿意你用0来表示0地址

指针的类型：

无论指向什么类型，所有的指针的大小都是一样的，因为都是地址
但是指向不同类型的指针是不能直接相互赋值的
这是为了避免用错指针

指针的类型转换：

void*表示不知道指向什么东西的指针
- 计算时与char*相同（但不相通）
指针也可以转换类型

int *p = &i;
void *q = (void*)p;

这并没有改变p所指的变量的类型，而是让后人用不同的眼光通过p看它所指的变量
- 我不再当你是int啦，我认为你就是个void！

指针的类型就是指针
指针大小和内存的编址方式有关,只是恰好与无符号整形大小相同
他的大小是4字节(32位)就是类似0012ff78(16进制 32位)
注:如果你的电脑是64位电脑那么他的大小就是8字节!

指针是用来保存内存地址的
内存有按32位编制和按64位编制之分

为什么要给指针定义类型呢?
只有为指针定义类型
才能知道指针所指向的变量的大小
例如： int*p;和 double*q;
那么读取*p时就要从地址p开始读取4字节
读取*q时就要从地址q开始读取8字节

用指针来做什么：

需要传入较大的数据时用作参数
传入数组后对数组做操作
函数返回不止一个结果
- 需要用函数来修改不止一个变量
动态申请的内存

7. 动态分配内存

malloc：

#include <stdlib.h>
void* malloc(size_t size);

向malloc申请的空间的大小是以字节为单位的
返回的结果是void*，需要类型转换为自己需要的类型
- ```
(int*)malloc(n*sizeof(int))
```

没空间了？

如果申请失败则返回0，或者叫做NULL
你的系统能给你多大的空间？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main(void) {void *p;int cnt = 0;while (p=malloc(100*1024*1024)) {cnt++;}printf("分配了%d00MB的空间\n", cnt);return 0;
}

free()：

把申请得来的空间还给“系统”
申请过的空间，最终都应该要还
- 出来混，迟早都是要还的
只能还申请来的空间的首地址

常见问题：

申请了每free ——> 长时间运行内存逐渐下降
- 新手：忘了
- 老手：找不到合适的free的时机
free过了再free
地址变过了，直接去free

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