深入理解Ｃ语言数组

深入学习Ｃ语言数组

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阅读目录：

１、多角度理解数组

２、数组中几个关键符号

３、从内存角度理解指针访问数组的实质

４、指针与数组的类型匹配问题

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１、多角度理解数组：

１.１、从内存角度理解数组

(1)从内存角度讲，数组变量就是一次分配多个变量，而且这多个变量在内存中的存储单元是依次相连接的。

(2)我们分开定义多个变量（譬如int a, b, c, d;）和一次定义一个数组（int a[4]）；这两种定义方法相同点是都定义了4个int型变量，而且这4个变量都是独立的单个使用的；不同点是单独定义时a、b、c、d在内存中的地址不一定相连，但是定义成数组后，数组中的4个元素地址肯定是依次相连的。

(3)数组中多个变量虽然必须单独访问，但是因为他们的地址彼此相连，因此很适合用指针来操作，因此数组和指针天生就叫纠结在一起。

int a, b, c, d;     // 分开独立定义4个int型变量
int a[4];           // 一次定义一个数组，包含4个int型变量

// 注意数组和指针在初始化时的式子，和平时赋值有不同。
int a[10] = {1, 3, 4, 0};       // 定义同时初始化
int *p = &a;                    // 定义同时初始化


a[0] = 4;
a[1] = 44;
a = {1, 4, 5, 32};  // 错误的，数组元素必须单个访问，不能整个数组来访问

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１.２、从编译器角度来理解数组

(1)从编译器角度来讲，数组变量也是变量，和普通变量和指针变量并没有本质不同。变量的本质就是一个地址，这个地址在编译器中决定具体数值，具体数值和变量名绑定，变量类型决定这个地址的延续长度（整形４字节、字符型１字节）。

(2)搞清楚：变量、变量名、变量类型的具体含义

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２、数组中几个关键符号（a a[0] &a &a[0]）：

这4个符号搞清楚了，数组相关的很多问题都有答案了。理解这些符号的时候要和左值右值结合起来，也就是搞清楚每个符号分别做左值和右值时的不同含义。

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p;
p = &a;

printf("a = %x.\n", a);                //a = 7c3345e0
printf("&a = %x.\n", &a);            　 //&a = 7c3345e0
printf("&a[0] = %x.\n", &a[0]);     　 //&a[0] = 7c3345e0
printf("a[0] = %x.\n", a[0]);        　 //a[0] = 1

２.１、ａ左右值含义

a就是数组名。a做左值时表示整个数组的所有空间（10×4=40字节），又因为C语言规定数组操作时要独立单个操作，不能整体操作数组，所以a不能做左值；a做右值表示数组首元素（数组的第0个元素，也就是a[0]）的首地址（首地址就是起始地址，就是4个字节中最开始第一个字节的地址）。a做右值等同于&a[0];

解释：为什么数组的地址是常量？

因为数组是编译器在内存中自动分配的。当我们每次执行程序时，运行时都会帮我们分配一块内存给这个数组，只要完成了分配，这个数组的地址就定好了，本次程序运行直到终止都无法再改了。那么我们在程序中只能通过&a来获取这个分配的地址，却不能去用赋值运算符修改它。

２.２、ａ［０］左右值含义

a[0]表示数组的首元素，也就是数组的第0个元素。做左值时表示数组第0个元素对应的内存空间（连续4字节）；做右值时表示数组第0个元素的值（也就是数组第0个元素对应的内存空间中存储的那个数）

２.３、＆ａ左右值含义

&a就是数组名a取地址，字面意思来看就应该是数组的地址。&a不能做左值（&a实质是一个常量，不是变量因此不能赋值，所以自然不能做左值。）；&a做右值时表示整个数组的首地址。

２.４、&a[0]左右值含义

&a[0]字面意思就是数组第0个元素的首地址（搞清楚[]和&的优先级，[]的优先级要高于&，所以a先和[]结合再取地址）。做左值时表示数组首元素对应的内存空间，做右值时表示数组首元素的地址值（也就是数组首元素对应的内存空间中地址值）。做右值时&a[0]等同于a。

２.５总结：

1：&a和a做右值时的区别：&a是整个数组的首地址，而a是数组首元素的首地址。这两个在数字上是相等的，但是意义不相同。意义不相同会导致他们在参与运算的时候有不同的表现。
2：a和&a[0]做右值时意义和数值完全相同，完全可以互相替代。
3：&a是常量，不能做左值。
4：a为常量，不能做左值

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３、从内存角度理解指针访问数组的实质：

３.１以指针方式来访问数组元素：

(1)数组元素使用时不能整体访问，只能单个访问。访问方式有2种：数组形式和指针形式。

(2)数组格式访问数组元素是：数组名[下标]; (注意下标从0开始)

(3)指针格式访问数组元素是：*(指针+偏移量); 如果指针是数组首元素地址（a或者&a[0]），那么偏移量就是下标；指针也可以不是首元素地址而是其他哪个元素的地址，这时候偏移量就要考虑叠加了。

(4)数组下标方式和指针方式均可以访问数组元素，两者的实质其实是一样的。在编译器内部都是用指针方式来访问数组元素的，数组下标方式只是编译器提供给编程者一种壳（语法糖）而已。所以用指针方式来访问数组才是本质的做法。

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

printf("a[3] = %d.\n", a[3]);           //4
printf("*(a+3) = %d.\n", *(a+3));       //4
//  等效于：int b = *(a+3); printf("*(a+3) = %d.\n", b);

int *p;
p = a;      // a做右值表示数组首元素首地址，等同于&a[0]
printf("*(p+3) = %d.\n", *(p+3));       // 等同于a[3] 值为4
printf("*(p-1) = %d.\n", *(p-1));       // 等同于a[-1] 值为32764，可以访问

p = &a[2];
printf("*(p+1) = %d.\n", *(p+1));       // 等同于a[3]  值为4
printf("*(p-1) = %d.\n", *(p-1));       // 等同于a[1]   值为2
printf("*(p+3) = %d.\n", *(p+3));       // 等同于a[5]  值为32764 每次值不固定

可以访问ａ［－１］这样的值，但是没意义

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３.２、内存角度理解指针访问数组的本质

(1)数组的特点就是：数组中各个元素的地址是依次相连的，而且数组还有一个很大的特点（其实也是数组的一个限制）就是数组中各个元素的类型相同。类型相同就决定了每个数组元素占几个字节是相同的（譬如int数组每个元素都占4字节，没有例外）。

(2)数组中的元素其实就是地址相连接、占地大小相同的一串内存空间。这两个特点就决定了只要知道数组中一个元素的地址，就可以很容易推算出其他元素的地址。

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４、指针与数组类型的匹配问题：

４.１、类型匹配概念

&a、a、&a[0]从数值上来看是完全相等的，但是意义来看就不同了。从意义上来看，a和&a[0]是数组首元素首地址，而&a是整个数组的首地址；从类型来看，a和&a[0]是元素的指针，也就是int 类型；而&a是数组指针，是int ()[5];类型。

int *p; int a[5];   p = a;      // 类型匹配
int *p; int a[5];   p = &a;     // 类型不匹配。p是int *，&a是整个数组的指针，也就是一个数组指针类型，不是int指针类型，所以不匹配

４.２、指针类型决定了指针的取址能力

(1)指针参与运算时，因为指针变量本身存储的数值是表示地址的，所以运算也是地址的运算。

(2)指针参与运算的特点是，指针变量+1，并不是真的加1，而是加1*sizeof(指针类型)；如果是int 指针，则+1就实际表示地址+4，如果是char 指针，则+1就表示地址+1；如果是double *指针，则+1就表示地址+8.

(３)指针变量+1时实际不是加1而是加1×sizeof(指针类型)，主要原因是希望指针+1后刚好指向下一个元素（而不希望错位）。

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p;
p = a;

printf("*(p+1) = %d.\n", *(p+1));        //2
printf("*(p+1) = %d.\n", *((char *)p+1));  //0仅取一个字节
printf("*(p+1) = %d.\n", *(int *)((unsigned int)p+1));    //Segmentation fault？？

char *p2;
p2 = (char *)p;
printf("*(p+1) = %d.\n", *(p2+1));       //0

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