指针和数组关系初探

 

作者：朱金灿

来源：http://blog.csdn.net/clever101

 

指针是C语言中的精髓。《高质量C++编程指南》的作者林锐就曾说过：不会正确使用指针，肯定算不上是合格的程序员。昨晚我思考了一宿，自认找到了理解指针的正确途径。本文试图通过探究指针和数组的关系去研究指针。

 

一般的C语言教科书上都会有这样的话：指针就是地址，数组名就是指针的首地址。这些不能不说是错误的，但是却没有深入进去，学生很难有较深的理解。

 

我认为从本质上看，数组是一个单独的内存块，指针是单独一个内存单元。这个原理也许谁都懂。理解指针和数组，我觉得还要理解编译器的运行原理。比如，简单的如下面的几行代码，你知道编译器做了哪些工作吗？

 

  1.    float x=123.456;  
  2.    double p=3.1415926;
  3.     printf("%7.2f /n",x);
  4.     printf("%7.2lf /n",p);
  5.     printf("%-7.2f /n",x);
  6.     printf("%-7.2lf /n",p);

         

 上面几行代码，在VC中编译往往会出现一个警告：warning C4305: 'initializing' : truncation from 'const double' to 'float'。大意是将double型数据非法截断为float型。这个警告是针对第一行的。也许你会说：123.456不是浮点型吗？原因在哪儿呢？
这简单的一行程序，对于编辑器来说，要做两个步骤：一是开劈变量，二是斌值。然而，编译器在这两步前就已经做了一步：开劈常量。注意：你会说这个程序里压根儿没有const。
但是，程序在这样处理的：在开劈变量之前，首先把你的程序扫描一遍，凡是你输入的数值、字符全部视为常量存放起来。所以，这么简单的一句话，不仅仅是开劈一个变量，
在此之前早就开劈了一个常量。它的类型是double，值为2.34。你所要做的，就是提醒译器“这是float型”，你把这行改为：float x = 2.34f;即可。现在你还看不到这个程序和我们要谈的话题的关系，但等下你会看到的。

 

本文试图通过一些例子来说明问题。首先我想请读者思考下面的问题：

例子一是那个著名的字符串复制程序：

  1. #include<stdio.h>
  2. #include<iostream.h>
  3. void  strcpy(char* strDin,char* strSrc)
  4. {
  5. while(*strSrc!='/0')
  6.    {
  7.    strDin++=strSrc++;
  8.    }
  9. }
  10. void main()
  11. {
  12. char   p[15]="hello world";
  13. char q[20];
  14. strcpy(q,p);
  15. printf("%s",q);
  16. }

           

这个程序会有一个错误。错误行为 strDin++=strSrc++;编译器会提示说：=左边应是一个左值。你会问：为什么会有这个错误？我暂时不公布答案，我们继续看例子。

 

这是一个《高质量C++编程指南》里的例子：

  1. char a[] = “hello”; 
  2. a[0] = ‘X’; 
  3. cout << a << endl; 
  4. char *p = “world”;     
  5. p[0] = ‘X’;           
  6. cout << p << endl;

         

注意这个程序编译是并没有错误，但运行时会出现内存不能written的错误。为什么？

 

例子三：

  1. #include <iostream.h>
  3. int main(void)
  4. {
  5. char a[20];
  6. a="hello"; 
  7. cout<<a<<endl;
  8. return 1;
  9. }

            

 这个程序会有一个错误：'=' : cannot convert from 'char [6]' to 'char [20]'。大意是=不能将char [6]转化为char [20]。你可能会问：为什么？

 

现在我开始公布我的思考成果。我觉得问题的本质是一个常量与变量的问题，或者说是一个权限问题。为什么 strDin++=strSrc++;这句不能实现字符复制。其实我们把这行代码分解一下就会明白.

strSrc++;

strDin++;

strDin= strSrc;

首先我们明确strDin和strSrc都是一个字符指针变量，它有权改变放在自己的值。比如比如你可以给strDin和strSrc赋任何值。

问题是你有权改变自己，却无权改变他人。假设strDin对应的值是1000，strDin对应的值是2000，

strSrc++;     // 这时strSrc变为1002

strDin++;     // 这时strDin变为2002

strDin= strSrc; //strDin==2002。

你想这样有何不可呢？这样是可以的。但是你不要忘记，strDin是一个字符指针，也就是说strDin是一个内存地址，当strDin==2002时，你想你有权力改变2002这个内存单元的值吗？显然这样是无法复制字符串的。

 

在例子2中你会看到char a[]变为“Xhello”.但是字符串p并没有改变。你可能会为p抱不平：为什么数组a的字符可以改变，而指针p不能改变呢？这时因为“world”是一个常量字符串。char *p = “world”;  这一句编译器首先是找一个内存块把“world”这个常量字符串存诸起来，然后把首地址赋给p。因为这是一个常量字符串，也就是说它的字符是不能改变的。你可以去读这个字符串，却不能改动这个内存块的任何内容。那为什么数组a可以改变呢？因为数组a开辟的是一个内存块，它对这个内存块既可读又可写。这时你可能会说：数组可以转化为用指针表示，而指针却不一定能转化为数组。这种说法是有一定道理的。

 

在例子3，为什么不能这样给字符数组a赋值呢？道理是一样的。a="hello";只是把常量字符串的首地址赋给a，但是数组a的首地址是一个常量，在定义时编译器已经开辟了一个空间给它。你可能会问：为什么char a[]="hello";这时因为数组a对开辟的这个内存块拥有绝对的权力，既可以读又可以写。这好比某个人在城东有一块土地，他可以在这块土地上种任何庄稼，但他却不能将这块土地从城东搬到城西。

 

相对而言，一级指针还好理解点。二级指针就不一样了。特别是二级指针和二维数组之间的关系，更让人捉摸不透。我觉得学习原理的最好方法做实验。对程序而言就是想办法编一些例程去验证，从而得出一些结论。下面是我的一个例程：

  1. #include <stdio.h>
  3. void PrintfArray(int *pArray)
  4. {
  5.     for(int i=0;i<2;i++)
  6.     {
  7.         for(int j=0;j<2;j++)
  8.             printf("%d   ",*(pArray+i*2+j));
  9.     }
  10.     printf("/n");
  11. }
  15. int main(void)
  16. {
  17.     int a[2][2] = {1,2,3,4};
  18.     int **pNum = new int* [2];
  19.     int i=0;
  20.     int j=0;
  21.  for(i=0;i<2;i++)
  22.  {
  23.    pNum[i] = new int[2];
  24.  }
  25.  for(i=0;i<2;i++)
  26.     {
  27.         for(j=0;j<2;j++)
  28.         {
  29.             *((*(pNum+i))+j)= a[i][j];
  30.         }
  31.     }
  32.   for(i=0;i<2;i++)
  33.     {
  34.         for(j=0;j<2;j++)
  35.         {
  36.             printf("%d   ",*((*(pNum+i))+j));
  37.         }
  38.     }
  39.  printf("/n");
  40.  PrintfArray(a[0]);
  41.  PrintfArray(pNum[0]);
  42.   for(i=0;i<2;i++)
  43.   {
  44.       delete pNum[i];
  45.   }
  46.   delete pNum;
  47.   pNum = NULL;
  48.   return 1;
  49. }

               

运行结果是：

 

                                                                        

                   指针和数组关系初探程序测试结果图1

 

          

你可能奇怪：为什么第3行和第2行的输出结果怎么不一样呢？现在我们把它的地址输出来，

把程序改为：

  1. #include <stdio.h>
  3. void PrintfArray(int *pArray)
  4. {
  5.     for(int i=0;i<2;i++)
  6.     {
  7.         for(int j=0;j<2;j++)
  8.         {
  9.             printf("%d   ",*(pArray+i*2+j));
  10.             printf("%d/n",pArray+i*2+j); // 这里输出形参的地址
  11.         }
  12.     }
  13.     printf("/n");
  14. }
  18. int main(void)
  19. {
  20.     int a[2][2] = {1,2,3,4};
  21.     int **pNum = new int* [2];
  22.     int i=0;
  23.     int j=0;
  24.  for(i=0;i<2;i++)
  25.  {
  26.    pNum[i] = new int[2];
  27.  }
  28.  for(i=0;i<2;i++)
  29.     {
  30.         for(j=0;j<2;j++)
  31.         {
  32.             *((*(pNum+i))+j)= a[i][j];      
  33.         }
  34.     }
  35.   for(i=0;i<2;i++)
  36.     {
  37.         for(j=0;j<2;j++)
  38.         {
  39.             printf("%d   ",*((*(pNum+i))+j));
  40.         }
  41.     }
  42.  printf("/n");
  43.  PrintfArray(a[0]);
  44.  PrintfArray(pNum[0]);
  45.   for(i=0;i<2;i++)
  46.   {
  47.       delete pNum[i];
  48.   }
  49.   delete pNum;
  50.   pNum = NULL;
  51.   return 1;
  52. }

     

运行结果是：

 

                                   指针和数组关系初探程序测试结果图2

 

看它们的地址也是连续啊!但是此地址已非彼地址了。在把程序改为：

  1. #include <stdio.h>
  3. void PrintfArray(int *pArray)
  4. {
  5.     for(int i=0;i<2;i++)
  6.     {
  7.         for(int j=0;j<2;j++)
  8.         {
  9.             printf("%d   ",*(pArray+i*2+j));
  10.             printf("%d/n",pArray+i*2+j);
  11.         }
  12.     }
  13.     printf("/n");
  14. }
  18. int main(void)
  19. {
  20.     int a[2][2] = {1,2,3,4};
  21.     int **pNum = new int* [2];
  22.     int i=0;
  23.     int j=0;
  24.  for(i=0;i<2;i++)
  25.  {
  26.    pNum[i] = new int[2];
  27.  }
  28.  for(i=0;i<2;i++)
  29.     {
  30.         for(j=0;j<2;j++)
  31.         {
  32.             *((*(pNum+i))+j)= a[i][j];      
  33.         }
  34.     }
  35.   for(i=0;i<2;i++)
  36.     {
  37.         for(j=0;j<2;j++)
  38.         {
  39.             printf("%d   ",a[i][j]);
  40.             printf("%d/n",&(a[i][j]));
  41.         }
  42.     }
  43.   printf("/n");
  44.   for(i=0;i<2;i++)
  45.     {
  46.         for(j=0;j<2;j++)
  47.         {
  48.             printf("%d   ",*((*(pNum+i))+j));
  49.             printf("%d/n",((*(pNum+i))+j));
  50.         }
  51.     }
  52.  printf("/n");
  53.  PrintfArray(a[0]);
  54.  PrintfArray(pNum[0]);
  55.   for(i=0;i<2;i++)
  56.   {
  57.       delete pNum[i];
  58.   }
  59.   delete pNum;
  60.   pNum = NULL;
  61.   return 1;
  62. }

     运行结果为:

                              指针和数组关系初探程序测试结果图3

 

         

这下你该看到了吧，二级指针中行与行的地址并不是连续的，但在二维数组中第二行首元素的地址仅接着第一行末元素的地址。这是因为使用new可以开辟一段连续的内存地址，但两次new之间开辟的地址却不是连续的。这样你就明白了，为什么把二级指针pNum传进函数，却只能把头两个元素输出来。还有在二维数组中a和a[0]是同一个东西，都表示数组的首地址，而pNum和pNum[0]并不是同一样东西，pNum是pNum[0]的地址。不信，你可以把它们都输出来看一下。

   

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