7.数组、指针和数组的关系

本文采用了《C Primer Plus》、《C陷阱与缺陷》以及比特科技的教学视频。

对C语言数组、指针和数组的关系进行了详细讲解；并将初学者在使用数组时遇到的问题进行了总结，希望对各位读者有所帮助。

目录

1.一维数组

一维数组的创建

一维数组的初始化

（一）传统方法

（二）指定初始化器（C99）

一维数组的使用

数组边界

指定数组的大小

一维数组在内存中的存储

2.二维数组

二维数组的创建

二维数组的初始化

二维数组的使用

二维数组在内存中的存储

3.指针和数组

数组名是什么？

通过地址对数组进行操作

数组参数、指针参数

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1.一维数组

一维数组的创建

数组就是由数据类型相同的一系列元素组成，创建普通变量时的数据类型，在创建数组中均适用。

一维数组创建的一般格式：元素类型 数组名 [常量表达式]；

示例1：

#include<stdio.h>
int main()
{
    int arr1[10];//10个int类型元素的数组
	char arr2[20];//10个char类型元素的数组
	double arr3[30];//10个double类型元素的数组
	return 0;
}

这里arr1、arr2、arr3都是数组名，[]中的10、20、30均是常量，很好理解。

示例2：

#include<stdio.h>

#define n 10

int main()
{
	int arr1[n];//10个int类型元素的数组
	return 0;
}

通过用define定义常量，也可以实现数组的创建。

示例3：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int n = 10;
	char a[n];
	return 0;
}

以上方法为C99标准所支持的变长数组（VLA）的概念，在C99标准之前[]中必须赋予一个常量。

值得注意的是：并不是所有编译器都支持变长数组（VS编译器就不支持），并且变长数组存在很多弊端，不建议使用。

数组的创建和使用都是静态的，无论用那种方式创建数组，在使用中不可将其空间大小改变。若是想动态的改变空间存放数据，则需要学到动态规划的知识。

一维数组的初始化

（一）传统方法

数组的初始化是指：在创建数组的同时给数组的内容一些合理初始值（初始化）。

int arr1[5] = {1，2，3，4，5}；//完全初始化

int arr2[10] = {1,2,3};//不完全初始化

int arr3[] = {1,2,3,4};//编译器按输入内容自行定义数组大小

• 完全初始化：为数组内的每一元素都赋予其值。
• 不完全初始化：未赋值的元素，编译器自动初始化为0。
• 省略[]中的常量：编译器会自动根据输入的内容来合理分配空间。

需要区分以下两种初始化形式

char arr1[] = "abc";
char arr2[4] = {'a','b','c','\0'};

字符串的末尾默认为‘\0’，以字符串形式初始化不用输入‘\0’；若是以单个字符输入时，需要在结尾单独输入‘\0’，并且‘\0’占一个字节的空间。

如果不进行初始化会怎样？

#include<stdio.h>
int main()
{
	char arr1[10];
	printf("%s\n", arr1);
}

如上述代码所示，创建了arr1数组，其中包含10个char类型的数据，在创建之初并没有对其进行初始化，打印arr1数组。

这是因为没有对数组进行初始化，数组中存放的都是垃圾信息，并且arr1数组是char类型的，编译器找不到终止符‘\0’，打印时会一直打印，超出数组的大小限制。

（二）指定初始化器（C99）

传统方法中，若是想初始化一个数组中的最后一个元素，必须将该元素以及之前的元素全部初始化。而在C99标准中，支持针对某一个元素进行初始化，而其他未被初始化的元素默认初始化为0。

int arr1[5]={0,0,0,0,1};//将第五个元素初始化为1
int arr2[5] = {[4]=1};//数组下标从0开始，4表示第五个元素

arr1和arr2的初始化结果是一样的。

示例1：

int main()
{
	int arr1[10] = {[2]=1,[4]=2,3,4,[2]=10};
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr1[i]);
	}
	return 0;
}

通过以上示例可以明白指定初始化器的两个特性：

• 如果初始化器后面有更多的值：[4]=2,3,4，那么这些值将赋予指定初始化元素后面的元素。arr[4]被初始化为2后，紧接着arr[5]被初始化为3，arr[6]被初始化为4。
• 如果再次初始化指定元素，那么最后一次初始化将会取代前一次初始化。例如[2]=1，最开始将1的值赋给arr1[2]，但是arr1[2]又被后来的[2]=10初始化为10。

不指定数组大小会怎样？

int main()
{
	int arr1[] = {[2]=1,[4]=2,3,4};
	return 0;
}

编译器会根据指定初始化的内容合理分配空间，初始化的最后一个元素为arr[6],所以编译器为其分配7个元素的空间。

一维数组的使用

声明完数组后，借助数组的下标可对其进行赋值。

#define num 5
int main()
{
	int arr1[num] = {0};
	int i = 0;
	for (i = 0; i < num; i++)
	{
		arr1[i] = i;
	}
	return 0;
}

C语言中不允许把数组作为一个值赋给另一个数组，并且除了初始化外，不允许以花括号的形式进行赋值，以下为错误示例：

#define num 5
int main()
{
	int arr1[num] = { 1,2,3,4,5 };
	int arr2[num] = { 0 };

	arr2 = arr1;//不允许
	arr1[num] = arr2[num];//数组下标越界
	arr2[num] = { 1,2,3,4,5 };//无效
	
	return 0;
}

• arr1[num] = arr2[num]理解为：将arr2中下标为num的元素，将其值赋给arr1中下标为num的元素，但是arr1和arr2中的元素下标最大为num-1，访问越界。
• 若将其改成arr1[num-1] = arr2[num-1]，仅为下标是[num-1]元素的赋值操作，并不是数组赋值操作。

数组边界

在使用数组时，需要防止数组下标超出边界，必须确保数组下标是有效值。

例如：

int main()
{
	int arr1[5] = { 1,2,3,4,5 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr1[i]);
	}
	putchar('\n');
	return 0;
}

arr1数组中有效下标为0~4，访问越界时，打印的就是无意义的数。但是编译器并不会报错，可以正常运行。这是因为C语言信任程序员的原则，不检查边界。为了C语言可以运行的更快，编译器没有必要捕获所有的下标错误。为了防止访问出界，在声明数组时用符号常量来表示数组的大小。

指定数组的大小

在前文创建数组时，举了三种例子来指定数组的大小，这里更加详细的介绍指定数组大小的各种方法：

#define size 5
int main()
{
	int a1[size];//可以，整数符号常量
	int a2[5];//可以，整数字面常量
	int a3[5 * 2 - 1];//可以，整数常量表达式
	int a4[0];//不可以，数组大小必须大于0
	int a5[-1];//不可以，数组大小必须大于0
	int a6[2.5];//不可以，数组大小必须是整数
	int a7[(int)2.5];//可以，强制类型转换成整型
	int a8[sizeof(int)];可以，sizeof表达式被视为整型常量
	int n = 5;
	int a9[n]; //变长数组VLA，C99之前不允许
	return 0;
}

值得注意的是，const修饰的常变量，虽然具有常量的属性，但本质还是变量，C99标准前不允许用const修饰的常变量指定数组的大小。

 

一维数组在内存中的存储

创建一个整型数组，打印其地址（以X86环境为例）

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 0 };
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

	for (i = 0; i < sz; ++i)
	{
		printf("&arr[%d] = %p\n", i, &arr[i]);
	}
	return 0;
}

结果如下：

通过观察可以得知：数组元素在存放时是连续存放的，随着下标的增长由低地址指向高地址，本例中arr为整型数组，所以每一个元素之间间隔4个字节。

2.二维数组

二维数组的创建

一维数组创建的一般格式：元素类型 数组名 [常量表达式1][常量表达式2]；表达式1为数组的行，表达式2为数组的列。

int arr1[3][3];
char arr1[3][3];
double arr1[3][3];

二维数组的初始化

int arr[3][3] = { {1,2,3},{4,5,6},{7,8,9} };
int arr[3][3] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };//只要对应的数值正确，也可以省略内部的小括号
int arr[][3] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };//初始化时，行可以省略，列不能省略

例1：

下述代码初始化数组的结果是什么？

int arr4[][3] = { {1,2,3},{4,5},{7} };

结果：

 与一维数组一样，未初始化的元素默认为0。

例2：

下述代码初始化数组的结果是什么？

int arr5[][3] = { {1,2,3},{(4,5),5},{7}};

 结果：

(4,5)为逗号表达式，赋值时取后者5。

二维数组的使用

与一维数组一样，二维数组的使用也是用for循环遍历，区别在于二维数组需要用到两个for循环嵌套使用。

打印一个二维数组：

int arr[][3] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
	int i = 0, j = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		for (j = 0; j < 3; j++)
		{
			printf("%d ", arr[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}

二维数组在内存中的存储

打印二维数组中每一位的地址

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[3][4];
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		int j = 0;
		for (j = 0; j < 4; j++)
		{
			printf("&arr[%d][%d] = %p\n", i, j, &arr[i][j]);
		}
	}
	return 0;
}

结果：

通过观察发现，二维数组的存储也是连续的，先存储第一行的元素，然后再存储第二行的，以此类推。

3.指针和数组

指针提供一种以符号形式使用地址的方法，使用指针可以更加有效率的存储数据，而数组则是变相的使用指针？

数组名是什么？

对于一维数组来说，数组名就是首元素的地址。

#include <stdio.h>
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5 };
	printf("%p\n", arr);
	printf("%p\n", &arr[0]);
	printf("%d\n", *arr);
	return 0;
}

打印arr的地址和arr首元素arr[0]的地址，发现二者是相同的。通过对arr地址的解引用*，可以找到该数组的首元素1。

对于二维数组来说，数组名就是第一行元素的地址。

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

 结果：

第一行元素的地址又等于其第一行中首元素的地址，打印arr的地址和第一行第一个元素的地址，发现其二者相同。(*arr)[0]表示为：通过对arr进行解引用找到第一行，再从第一行中找到下标为0的元素，即1。

通过地址对数组进行操作

打印一维数组的每一位

#include <stdio.h>
#define n 5
int main()
{
	int arr[n] = { 1,2,3,4,5};
	int i = 0;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d ", *(arr + i));
	}
	return 0;
}

打印二维数组的每一位

#include <stdio.h>
#define n 3
int main()
{
	int arr[][n] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9};
	int i = 0, j = 0;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		for (j = 0; j < n; j++)
		{
			printf("%d ", *( * (arr + i)+j));
		}
		putchar('\n');
	}
	return 0;
}

数组参数、指针参数

设计一个函数，返回值是数组内所有整数的和。

一维数组传参的几种形式：

数组形式：

#include <stdio.h>

int text1(int arr[],int sz)//int arr[3]亦可，arr[]里有没有数都一样
{
	int i = 0;
	int sum = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		sum += arr[i];
	}
	return sum;
}


int main()
{
	int arr[3] = {1,2,3};
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	return 0;
}

因为数组名是首元素的地址，传入到text函数中，看似arr还是数组，其实只是首元素的地址，还需要将数组的大小sz也传入text函数中。

指针形式：

int text(int* arr, int sz)
{
	int i = 0;
	int sum = 0;
	for (i = 0; i < sz; i++)
	{
		sum += *(arr+i);
	}
	return sum;
}

二维数组传参的几种形式：

数组形式：

#include <stdio.h>
#define ROW 3
#define COL 3

int text(int arr[][ROW], int row,int col)//int arr[][ROW]接收时，可以省略行，不能省略列
{
	int i = 0, j = 0;
	int sum = 0;
	for (i = 0; i < row; i++)
	{
		for (j = 0; j < col; j++)
		{
			sum += arr[i][j];
		}
	}
	return sum;
}

int main()
{
	int arr[ROW][COL] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
	printf("%d\n", text(arr, ROW,COL));
	return 0;
}

指针形式：

#include <stdio.h>
#define ROW 3
#define COL 3

int text(int (*arr)[ROW], int row, int col)
{
	int i = 0, j = 0;
	int sum = 0;
	for (i = 0; i < row; i++)
	{
		for (j = 0; j < col; j++)
		{
			sum += *(*(arr+i)+j);
		}
	}
	return sum;
}

int main()
{
	int arr[ROW][COL] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	printf("%d\n", text(arr, ROW, COL));
	return 0;
}

数组形式和指针形式的本质都是地址的使用，二者在实质上没有区别。

扫雷和三子棋的核心思想就是二维数组的运用。