直擊C語言——指標和陣列基礎
關於C語言中指標和陣列的爭論就像是一場惡戰。一方面,有些人覺得,所有人都必須承認指標與陣列是不同的。而另一些人則認為陣列被當成指標來處理,因此它們不應該有什麼區別。這種現象讓人迷惑。然而,這兩種說法其實都是正確的。
陣列不是指標,指標也不能說是陣列。在C語言中,指標僅在記憶體中代表一個地址,而陣列是許多連續的記憶體塊,多個型別相似的元素儲存在其中。在C語言的絕大多數情況下,陣列被當作指標來處理,這也是使人困惑的地方。
陣列表示法vs指標表示法
陣列被當作指標來處理,具體指的下面兩條:
陣列名變數代表了陣列中第一個元素的地址。它並不是一個指標,但卻表現得像一個不能被修改的常指標一樣。
程式在與陣列互動的時候,用指標表示法代替陣列表示法。
我們來看點程式碼吧。
// 初始化陣列
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
// 標準陣列表示法
int *ptr1 = numbers;
int val1 = numbers[0];
// 陣列表示法取地址
int *ptr2 = &numbers[0];
int val2 = *(&numbers[0]);
// 指標加偏移表示法
int *ptr3 = numbers + 0;
int val3 = *(numbers + 0);
// 輸出指標中的地址
printf("*ptr1 = %p\n", (void *)ptr1);
printf("*ptr2 = %p\n", (void *)ptr2);
printf("*ptr3 = %p\n", (void *)ptr3);
// 輸出地址指向的int值
printf("val1 = %d\n", val1);
printf("val2 = %d\n", val1);
printf("val3 = %d\n", val1);
我們聲明瞭一個包含5個int的陣列,並將陣列名變數numbers賦給了一個int指標,ptr1。numbers代表了這個陣列第一個元素的地址,將其賦給ptr1正是把它當成了指標來使用。接著我們用陣列表示法訪問了第一個元素的值。
第二個例子中,我們用陣列表示法取了陣列中第一個元素的地址,之後我們用解引用第一個元素所在地址的方法訪問了它。
第三個例子中,我們用指標運算將陣列中第一個元素的地址賦值給ptr3,之後我們解引用相同的地址來得到它的值。
最後我們將所有儲存在指標中的地址和所有在這些地址的int值輸出到螢幕上。執行這段程式碼,你會得到類似下面的輸出:
*ptr1 = 0x7fff6be1de60
*ptr2 = 0x7fff6be1de60
*ptr3 = 0x7fff6be1de60
val1 = 1
val2 = 1
val3 = 1
所有值都是相同的。接下來再看看下面的程式碼:
// 初始化陣列
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int i = 0;
// 用陣列表示法輸出元素
for (i = 0; i < 5; i++ ) {
int value = numbers[i];
printf("numbers[%d] = %d\n", i, value);
}
// 用指標加偏移輸出元素(真討厭)
for (i = 0; i < 5; i++ ) {
int value = *(numbers + i);
printf("*(numbers + %d) = %d\n", i, value);
}
// 僅用一個指標輸出元素
int *ptr = numbers;
for (i = 0; i < 5; i++ ) {
int value = *ptr++;
printf("%d, *ptr++ = %d\n", i, value);
}
執行它,你會得到以下輸出:
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,所有過程得到了相同的結果。
陣列表示法實際上就是指標運算。C語言標準只是將numbers[0]定義為*(numbers + 0)的語法糖。(譯者注:語法糖,它意指那些沒有給計算機語言新增新功能,而只是對人類來說更容易理解的語法。)無論何時,你寫下一個陣列表示法,比方說numbers[2],都會被編譯器轉換為*(numbers + 2)。這裡,numbers表示陣列中第一個元素的地址,+2則表示用於指標運算的偏移量。
陣列變數
我們已經展示了,陣列常被當作指標來處理,而且對於C編譯器而言陣列表示法就是指標運算。一些人自然而然地就做出了這樣的假設:既然陣列能被當成指標,指標也應該能賦值給陣列。這是不對的,陣列名變數不能被改變。我們看看下面的程式碼吧。
// 初始化陣列
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int numbers2[5] = {6,7,8,9,0};
int *ptr = numbers2;
// 這不能通過編譯
numbers = numbers2;
numbers = &numbers2;
numbers = ptr;
這段程式碼不能通過編譯。試一試,你會得到以下輸出。
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 *’
雖然陣列名變數代表了陣列第一個元素的地址,它卻表現得像一個不能被更改的常指標一樣。它不能接受一個別的陣列名變數或是指向另一個數組的指標的賦值。思考一下,如果你有一個數組名變數A代表一個數組,而且你能夠改變A的地址,那被A指向的記憶體將會發生生麼?
接下來看看這段能夠編譯的程式碼。
// 初始化陣列
int numbers[5] = {1,2,3,4,5};
int numbers2[5] = {6,7,8,9,0};
int *ptr1 = numbers;
int *ptr2 = numbers2;
// 能通過編譯
ptr1 = ptr2;
// 輸出地址
printf("numbers = %p\n", (void *)numbers);
printf("numbers2 = %p\n", (void *)numbers2);
printf("ptr1 = %p\n", (void *)ptr1);
printf("ptr2 = %p\n", (void *)ptr2);
它會輸出這樣的結果:
numbers = 0x7fff5ea3d230
numbers2 = 0x7fff5ea3d250
ptr1 = 0x7fff5ea3d250
ptr2 = 0x7fff5ea3d250
雖然不能直接改變陣列名變數,我們仍然改變一個指向這個陣列的指標。程式碼中,我們建立了兩個陣列,兩個int指標。我們將numbers賦給了ptr1,將numbers2賦給了ptr2。接著我們將ptr2賦給了ptr1,最後輸出結果。可以看到,ptr1和ptr2都指向了numbers2陣列的第一個元素。
總結
我希望你們能夠喜歡這篇對C語言中陣列和指標的概述。我們沒有囊括關於指標和陣列的一切知識,但足以作為一個開始。
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