指针与数组

我们的讨论以下面的定义为基础。

int a = 9;
int b[3] = { 0, 1, 2 };

每个变量都有一个确切的内存地址，&a可以取到变量a的地址。现在将这个规则应用到数组上思考一下：首先，数组中的任意元素都是可以存储数据的，这表示每个元素都有内存空间，有空间就能取得地址，所以，&b[0]操作肯定可以取得一个地址；再次从数量上思考，b是数组，存储的是同一类型的多个变量，那&b应该是哪个元素的地址呢？

想像你面前有一摞盘子，从顶上取出一个总比从中间或底部更便利。语言设计同样也需要考虑操作上的便利性，如果&b代表的是第二个元素b[1]的地址，那访问邻近的元素就需要加减某个偏移量，徒增加脑力负担。另外，当数组大小为1时，越界访问也是不确定性的行为，据此我们暂时可以推断出，数组名与数组第一个元素有关，这样能方便连续访问。

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a[] = {1, 2, 3};

    // 使用%x以16进制输出。
    printf("sizeof(int)=%x\n\n", sizeof(int));

    // 数组名是一个地址，a与&a指向的是同一个地址。
    printf(" a    = 0x%p\n", a);
    printf("&a    = 0x%p\n\n", &a);

    printf("&a[0] = 0x%p\n", &a[0]);    // 数组名所持有的地址与第一个元素的地址相等
    printf("&a[1] = 0x%p\n", &a[1]);    // 第二个元素的址址，与第一个元素有4个地址的偏移。
    printf("&a[2] = 0x%p\n", &a[2]);    // 同上

    return 0;
}

从最后三行输出可以看到：数组元素在内存中是连续存储的，这也是数组支持随机访问（如a[1], a[5], a[9])的原因。数组名所持有的地址与第一个元素的地址相同，这代表数组名是整个数组元素的起始地址。但是请注意，&a与a的地址虽然一样，但它们在指针运算上的的意义是完全不一样的！

指针+1

数组与数组之间不支持赋值操作，当需要拷贝一个数组时，通常需要使用循环逐元素复制。

/**
 * 拷贝数组src到dst中，这里假设源与目标的大小一样
 * 数组参数以 int *a 替代之前的 int a[]
 */
void copy_array(int *dst, int *src, int count)
{
    for (int i = 0; i < count; i++)
        dst[i] = src[i];
}

在函数copy_array中，我们使用下标运算符完成拷贝操作；数组传参到函数中时会退化为指针类型，指向第一个元素的地址，因此我们也可以使用间接访问的方式修改值。当需要移动到下一个元素指，只需将指针+1即可。

void copy_array(int *dst, int *src, int count)
{
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        *dst = *src;    // 拷贝
        dst += 1;       // 目标位置移动到下一个位置
        src++;          // 源位置移动到下一个位置
    }
}

指针支持一些简单的算术运算，对于像数组这种连续存储元素的数据类型，假设p指向其中某个元素，+1指向下一个元素，+2指向下下一个元素，-1、-2则与之相反。下面的示例程序使用这种特性，对每个元素进行变换。

void transform(int *a, int count)
{
    for (int i = 0; i < count; ++i)
    {
        //   a+i ：数组的第i个元素的址址。
        // *(a+i)：由于(*)号优先级高，使用括号保证先偏移地址。

        *(a + i) = *(a + i) * 2;    // 每个元素扩大2倍
        *(a + i) *= 2;              // 使用复合赋值运算符再扩大2倍

        // 同等效果的下标实现
        // a[i] = a[i] * 2;
        // a[i] *= 2;
    }
}

接下来，我们使用指针运算，编写一个输出函数。

void print_array(int *arr, int count)
{
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        printf("%d ", *arr);
        ++arr;
    }

    printf("\n");
}

最后是主程序，把这些功能驱动起来。

#define ARRAY_SIZE 5

int main()
{
    int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    int b[ARRAY_SIZE];

    printf("copy array: ");
    copy_array(b, a, ARRAY_SIZE);
    print_array(b, ARRAY_SIZE);

    printf("transform: ");
    transform(b, ARRAY_SIZE);
    print_array(b, ARRAY_SIZE);

    return 0;
}

练习

1 使用指针与下标两种方式，对一个数组每隔2个元素进行数值变换。

2 编写一些函数，尝试将-1操作应用到指针。