C语言——深入理解指针3

1. 数组名的理解

1. 数组名

• 在上⼀个博客我们在使用指针访问数组的内容时，有这样的代码
• 上一个博客的链接在这里——深入理解指针2

int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int *p = &arr[0];

• 这⾥我们使用 &arr[0] 的方式拿到了数组第⼀个元素的地址，但是其实数组名本来就是地址，而且是数组首元素的地址，我们来做个测试

#include 
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
	printf("arr     = %p\n", arr);
	return 0;
}

• 运行结果为：

• 我们发现数组名和数组⾸元素的地址打印出的结果⼀模⼀样，数组名就是数组首元素(第⼀个元素)的地址。

1.2 数组名理解的特例

• 这时候有同学会有疑问？数组名如果是数组首元素的地址，那下面的代码怎么理解呢？

#include 
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	printf("%d\n", sizeof(arr));
	return 0;
}

• 输出的结果是：40，如果arr是数组首元素的地址，那输出应该的应该是4/8才对
• 其实数组名就是数组首元素(第⼀个元素)的地址是对的，但是有两个例外：

1. sizeof(数组名)，sizeof中单独放数组名，这里的数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节
2. &数组名，这里的数组名表示整个数组，取出的是整个数组的地（整个数组的地址和数组首元素的地址是有区别的）

• 除此之外，任何地方使用数组名，数组名都表示首元素的地址。
• 这时有好奇的同学，再试⼀下这个代码：

#include 
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
	printf("arr     = %p\n", arr);
	printf("&arr    = %p\n", &arr);
	return 0;
}

• 运行结果如下：

• 三个打印结果⼀模⼀样，这时候又纳闷了，那 arr 和 &arr 有啥区别呢？

#include 
int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	printf("&arr[0]   = %p\n", &arr[0]);
	printf("&arr[0]+1 = %p\n", &arr[0]+1);
	printf("arr       = %p\n", arr);
	printf("arr+1     = %p\n", arr+1);
	printf("&arr      = %p\n", &arr);
	printf("&arr+1    = %p\n", &arr+1);
	return 0;
}

• 运行结果为：

• 这⾥我们发现&arr[0]和&arr[0]+1相差4个字节，arr和arr+1相差4个字节，是因为&arr[0]和arr都是首元素的地址，+1就是跳过⼀个元素
• 但是&arr和&arr+1相差40个字节，这就是因为&arr是数组的地址，+1操作是跳过整个数组的。到这里大家应该搞清楚数组名的意义了吧

2. 使用指针访问数组

• 有了前面知识的支撑，再结合数组的特点，我们就可以很方便的使用指针访问数组了

#include 
int main()
{
	int arr[10] = {0};
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
	int* p = arr;
	
	for(i=0; i<sz; i++)
	{
		scanf("%d", p+i);
		//scanf("%d", arr+i);//也可以这样写
	}//输⼊
	
	for(i=0; i<sz; i++)
	{
		printf("%d ", *(p+i));
	}//输出
	
	return 0;
}

• 这个代码搞明白后，我们再试⼀下，如果我们再分析⼀下，数组名arr是数组首元素的地址，可以赋值给p，其实数组名arr和p在这里是等价的。那我们可以使用arr[i]可以访问数组的元素，那p[i]是否也可以访问数组呢？

#include 
int main()
{
	int arr[10] = {0};
	int i = 0;
	int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
	int* p = arr;
	
	for(i=0; i<sz; i++)
	{
		scanf("%d", p+i);
		//scanf("%d", arr+i);//也可以这样写
	}//输⼊
	
	for(i=0; i<sz; i++)
	{
		printf("%d ", p[i]);
	}//输出
	return 0;
}

• 我们可以看到，如果将* (p+i) 换成 p[i] 也是能够正常打印的，所以本质上 p[i] 是等价于 * (p+i)
• 同理 arr[i] 应该等价于* (arr+i)，数组元素的访问在编译器处理的时候，也是转换成首元素的地址+偏移量求出元素的地址，然后解引用来访问的
• 即在这段代码里这四个都是等价的（如下图）

• 这里我们把 [ ] 的作用概括成将两个操作数相加再解引用
• 这里再拓展一下，既然 arr+i 是相加的关系，又因为相加满足交换律
• 所以也可以写成 i+arr，即arr[i] 又等价于 i[arr] ，p[i] 等价于 i[p]
• 但是这样写的很别扭，所以一般就不使用这种写法

3. 一维数组传参的本质

• 数组我们学过了，之前也说过了，数组是可以传递给函数的，这个地方我们讨论⼀下数组传参的本质
• 首先从⼀个问题开始，我们之前都是在函数外部计算数组的元素个数，那我们可以把函数传给⼀个函数后，函数内部求数组的元素个数吗？

#include 
void test(int arr[])
{
	int sz2 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
	printf("sz2 = %d\n", sz2);
}
int main()
{
	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	int sz1 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
	printf("sz1 = %d\n", sz1);
	test(arr);
	return 0;
}

• 代码在×86环境的结果为：

• 我们发现在函数内部是没有正确获得数组的元素个数
• 这就要学习数组传参的本质了，上个小节我们学习了：数组名是数组⾸元素的地址；
• 那么在数组传参的时候，传递的是数组名，也就是说本质上数组传参本质上传递的是数组⾸元素的地址
• 所以函数形参的部分理论上应该使用指针变量来接收首元素的地址。那么在函数内部我们写sizeof(arr) 计算的是⼀个地址的大小（单位字节），而这取决于编译环境，所以并不是数组的大小（单位字节）。
• 正是因为函数的参数部分是本质是指针，所以在函数内部是没办法求的数组元素个数的

void test(int arr[])//参数写成数组形式，本质上还是指针
{
	printf("%d\n", sizeof(arr));
}

void test(int* arr)//参数写成指针形式
{
	printf("%d\n", sizeof(arr));//计算⼀个指针变量的⼤⼩
}

int main()
{
	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	test(arr);
	return 0;
}

• 总结：⼀维数组传参，形参的部分可以写成数组的形式，也可以写成指针的形式

4. 冒泡排序

4.1 冒泡排序的概念

• 冒泡排序的核心思想就是：两两相邻的元素进行比较。
• 比如我们先让所有的元素都比较一次，如果前一个小就把两数交换，

#include 
int main()
{
	int arr[10] = {10,9,8,7,6,5,4,3,2,1};
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
	
	for (int j=0; j<sz-1; j++)
	{
		if (arr[j] > arr[j+1])
		{
			int tmp = arr[j];
			arr[j] = arr[j+1];
			arr[j+1] = tmp;
		}
	}//sz个元素只需比较sz-1次

	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}

• 运行结果如下：

• 我们发现此时已经把最大的那个元素放到最后面了，那如果我们能把10除外的其他元素再进行同样的比较，然后把第二个大的数放到倒数第二个位置……以此类推，最终就可以完成数组升序的操作了
• 代码如下：

#include 
int main()
{
	int arr[10] = {10,9,8,7,6,5,4,3,2,1};
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

	for (int i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		for (int j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])//控制升序/降序
			{
				int tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
			}
		}//循环一次后最大的数已经放到末尾了，无需再参与比较，即每次循环后可以减少一次比较
	}//循环sz-1次后，下标从1开始的数一定比下标为0的大，无需再比较

	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}

• 运行结果：

4.2 冒泡排序的优化

• 此时又有一个问题了，如果我一开始的时候就是有序的，那还需要比较嘛，显然是不需要的了，所以我们可以再引入一个变量 flag 来标记是否数组已经有序了，
• 优化后代码如下：

#include 
int main()
{
	int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

	for (int i = 0; i < sz - 1; i++)
	{
		int flag = 1;//假设数组有序

		for (int j = 0; j < sz - i - 1; j++)
		{
			if (arr[j] > arr[j + 1])//控制升序/降序
			{
				int tmp = arr[j];
				arr[j] = arr[j + 1];
				arr[j + 1] = tmp;
				flag = 0;
			}
		}//循环一次后最大的数已经放到末尾了，无需再参与比较，即每次循环后可以减少一次比较

		if (flag == 1)
		{
			break;
		}//判断数组是否已经有序
	}//循环sz-1次后，下标从1开始的数一定比下标为0的大，无需再比较

	for (int i = 0; i < sz; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
}

5. 二级指针

5.1 二级指针的概念

• 指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪里？
• 这就是二级指针

• 二级指针可以这样理解：

5.2 二级指针的运算

• 对于⼆级指针的运算有：

1. *ppa 通过对ppa中的地址进行解引用，这样找到的是 pa ， *ppa 其实访问的就是 pa

int b = 20;
*ppa = &b;//等价于 pa = &b;

2. **ppa 先通过 *ppa 找到 pa ,然后对 pa 进行解引用操作： *pa ，那找到的是 a

**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;

6. 指针数组

• 指针数组是指针还是数组？
• 我们类比⼀下，整型数组，是存放整型的数组，字符数组是存放字符的数组。
• 那指针数组呢？是存放指针的数组

• 而指针数组的每个元素是地址，又可以指向⼀块区域
• 这就有点像二维数组了

7. 指针数组模拟二维数组

#include 
int main()
{
	int arr1[] = {1,2,3,4,5};
	int arr2[] = {2,3,4,5,6};
	int arr3[] = {3,4,5,6,7};
	//数组名是数组⾸元素的地址，类型是int*的，就可以存放在parr数组中
	int* parr[3] = {arr1, arr2, arr3};
	int i = 0;
	int j = 0;
	for(i=0; i<3; i++)
	{
		for(j=0; j<5; j++)
		{
			printf("%d ", parr[i][j]);//parr[i][j]可以理解成*(*(i+parr)+j)
		}
		printf("\n");
	}
	return 0;
}

• 如图：

• parr[i]是访问parr数组的元素，parr[i]找到的数组元素指向了整型⼀维数组，parr[i][j]就是整型⼀维数组中的元素
• 上述的代码模拟出⼆维数组的效果，实际上并非完全是⼆维数组，因为每⼀行并非是连续的

最后，
恭喜你今天又遥遥领先了别人！