C Primer Plus 摘录

第 10 章 数组和指针

10.1 数组

• 数组由数据类型相同的一系列元素组成。

• 通过声明数组告诉编译器数组中内含多少元素和这些元素的类型。 编译器根据这些信息正确地创建数组。

float candy[365];
char code[12];
int states[50];

• 方括号 [] 表明candy、 code和states都是数组， 方括号中的数字表明数组中的元素个数。

• 要访问数组中的元素， 通过使用数组下标数（也称为索引） 表示数组中
  的各元素。 数组元素的编号从 0 开始。

10.1.1 初始化数组

• 用以逗号分隔的值列表（用花括号括起来） 来初始化数组，各值之间用逗号分隔。

int powers[8] = {1,2,4,6,8,16,32,64};

• 推荐使用宏定义数组长度，只需修改 #define 这行代码即可

• 要创建只读数组， 应该用 const 声明和初始化数组

const int days[MONTHS] = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};

• 存储类别警告：数组和其他变量类似， 可以把数组创建成不同的存储类别（storage class），第12章将介绍存储类别的相关内容。本章描述的数组属于自动存储类别

• 当初始化列表中的值少于数组元素个数时， 编译器会把剩余的元素都初始化为 0。

• 如果初始化列表的项数多于数组元素个数， 编译器可没那么仁慈， 它会毫不留情地将其视为错误。

• 如果初始化数组时省略方括号中的数字， 编译器会根据初始化列表中的项数来确定数组的大小。

const int days[] = { 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31 };

• sizeof days 是整个数组的大小（以字节为单位），sizeof day[0] 是数组中一个元素的大小（以字节为单位）。整个数组的大小除以单个元素的大小就是数组元素的个数。

10.1.2 指定初始化器（C99）

• C99 增加了一个新特性： 指定初始化器（designated initializer） 。 利用该特性可以初始化指定的数组元素。

• 对于传统的C初始化语法，要初始化指定元素，则必须同时初始化其之前的所有元素。

int arr[6] = {0,0,0,0,0,212}; // 传统的语法
int arr[6] = {[5] = 212}; // 把arr[5]初始化为212

• 第一， 如果指定初始化器后面有更多的值， 如该例中的初始化列表中的片段： [4] = 31,30,31， 那么后面这些值将被用于初始化指定元素后面的元素。
• 第二， 如果再次初始化指定的元素， 那么最后的初始化将会取代之前的初始化。 如开始时把 days[1] 初始化为 28， 但是 days[1] 又被后面的指定初始化 [1] = 29 初始化为 29。

int days[MONTHS] = { 31, 28, [4] = 31, 30, 31, [1] = 29 };

10.1.3 给数组元素赋值

• 声明数组后， 可以借助数组下标（或索引） 给数组元素赋值。

10.1.4 数组边界

• 在使用数组时， 要防止数组下标超出边界。 也就是说， 必须确保下标是有效的值。

• 归功于 C 信任程序员的原则。 不检查边界， C 程序可以运行更快。 编译器不会检查数组下标是否使用得当。 在C标准中， 使用越界下标的结果是未定义的。 这意味着程序看上去可以运行， 但是运行结果很奇怪， 或异常中止。

10.1.5 指定数组的大小

• 在C99标准之前， 声明数组时只能在方括号中使用「整型常量表达式」。 所谓整型常量表达式， 是由整型常量构成的表达式。
• sizeof 表达式被视为整型常量， 但是（与C++不同） const 值不是。 另外， 表达式的值必须大于 0

int n = 5;
int m = 8;
float a1[5]; // 可以
float a2[5*2 + 1]; //可以
float a3[sizeof(int) + 1]; //可以
float a4[-4]; // 不可以， 数组大小必须大于0
float a5[0]; // 不可以， 数组大小必须大于0
float a6[2.5]; // 不可以， 数组大小必须是整数
float a7[(int)2.5]; // 可以， 已被强制转换为整型常量
float a8[n]; // C99之前不允许
float a9[m]; // C99之前不允许

• C99标准允许这样声明， 这创建了一种新型数组， 称为变长数组（variable-length array） 或简称 VLA（C11 放弃了这一创新的举措， 把VLA设定为可选， 而不是语言必备的特性）。
• C99引入变长数组主要是为了让C成为更好的数值计算语言。

10.2 多维数组

• 多维数组是这样一种数组，它是一种数组，它的每个元素也是包含指定元素数量的数组。

float rain[5][12]; // 内含 5 个元素的数组， 每个元素本身是一个内含12个 float 类型值的数组

• 上述声明中 rain[5] 表明 rain 是一个内含 5 个元素的数组； float [12] 说明每个元素的类型是 float[12]

• rain[i] 是一个内含12个 float 类型值的数组，因此该数组的首元素就是 rain[i][0]，第 2 个元素是rain[0][1] ，以此类推，要访问第 i 个数组的第 j 个元素（编号从 0 开始）即为 rain[i][j]

• 该二维视图有助于帮助读者理解二维数组的两个下标。 在计算机内部，这样的数组是按顺序储存的， 从第1个内含12个元素的数组开始， 然后是第2个内含12个元素的数组， 以此类推。

• 遍历二维数组常用两个嵌套的 for 循环，一个循环处理数组的第1个下标， 另一个循环处理数组的第2个下标。

10.2.1 初始化二维数组

• 初始化二维数组是建立在初始化一维数组的基础上。 首先， 初始化一维数组如下：

sometype ar1[5] = {val1, val2, val3, val4, val5};

• 对于二维数组 rain[5][12] ，rain是一个内含 5 个元素的数组， 每个元素又是内含12个 float 类型元素的数组。 所以， 对 rain 而言， val1 应该包含 12 个值， 用于初始化内含 12 个 float 类型元素的一维数组。

const float rain[5][12] =
{ 
    {4.3,4.3,4.3,3.0,2.0,1.2,0.2,0.2,0.4,2.4,3.5,6.6},
    {8.5,8.2,1.2,1.6,2.4,0.0,5.2,0.9,0.3,0.9,1.4,7.3},
    {9.1,8.5,6.7,4.3,2.1,0.8,0.2,0.2,1.1,2.3,6.1,8.4},
    {7.2,9.9,8.4,3.3,1.2,0.8,0.4,0.0,0.6,1.7,4.3,6.2},
    {7.6,5.6,3.8,2.8,3.8,0.2,0.0,0.0,0.0,1.3,2.6,5.2}
};
// 使用了 5 个数值列表(花括号括起来)，逗号分隔来初始化二维数组
// 第一个列表初始化第一个元素，依次类推。

• 初始化时也可省略内部的花括号， 只保留最外面的一对花括号。
• 如果初始化的数值不够， 则按照先后顺序逐行初始化， 直到用完所有的值。

10.2.2 其他多维数组

• 可以把一维数组想象成一行数据， 把二维数组想象成数据表， 把三维数组想象成一叠数据表。

10.3 指针和数组

数组名是数组首元素的地址

• 在 C 中， 指针加 1 指的是增加一个存储单元。 对数组而言， 这意味着把加 1 后的地址是下一个元素的地址， 而不是下一个字节的地址（见图10.3） 。
• 这是为什么必须声明指针所指向对象类型的原因之一。只知道地址不够， 因为计算机要知道储存对象需要多少字节（即使指针指向的是标量变量， 也要知道变量的类型， 否则 *pt 就无法正确地取回地址上的值） 。

• 指针的值是它所指向对象的地址。 地址的表示方式依赖于计算机内部的硬件。 许多计算机（包括PC和Macintosh） 都是按字节编址， 意思是内存中的每个字节都按顺序编号。 这里， 一个较大对象的地址（如double类型的变量） 通常是该对象第一个字节的地址。

• 在指针前面使用 * 运算符可以得到该指针所指向对象的值。

• 指针加 1， 指针的值递增它所指向类型的大小（ sizeof type 以字节为单位）

dates + 2 == &date[2] // 相同的地址
*(dates + 2) == dates[2] // 相同的值

• 以上关系表明了数组和指针的关系十分密切， 可以使用指针标识数组的元素和获得元素的值。 从本质上看， 同一个对象有两种表示法。 定义 ar[n] 的意思是 *(ar + n)。 可以认为 *(ar + n) 的意思是“到内存的 ar 位置， 然后移动 n 个单元， 检索储存在那里的值”。

• 不要混淆 *(dates+2) 和 *dates+2。 间接运算符 * 的优先级高于 +， 所以 *dates+2 相当于 (*dates)+2

明白了数组和指针的关系， 便可在编写程序时适时使用数组表示法或指针表示法。

指针表示法和数组表示法是两种等效的方法。编译器编译这两种写法生成的代码相同。

10.4 函数、 数组和指针

• 数组名是该数组首元素的地址，所以数组作为函数的参数时，第一个参数是数组名，也就是第一个元素的地址，它是一个指针类型，第二个参数是数组的大小，它是一个整型变量。

第1个形参告诉函数该数组的地址和数据类型， 第2个形参告诉函数该数组中元素的个数

int sum(int* ar, int n);

• 只有在函数原型或函数定义头中，才可以用 int ar[] 代替 int *ar：
  • int *ar 形式和 int ar[] 形式都表示 ar 是一个指向 int 的指针。 但是，int ar[] 只能用于声明形式参数。 第 2 种形式 int ar[] 提醒读者指针 ar 指向的不仅仅一个 int 类型值， 还是一个 int 类型数组的元素

int sum (int ar[], int n);

• 下面 4 中原型是等价的：

int sum(int *ar, int n);
int sum(int *, int);
int sum(int ar[], int n);
int sum(int [], int);

• 我们的系统中用 8 字节储存地址， 所以指针变量的大小是 8字节（其他系统中地址的大小可能不是8字节） 。

10.4.1 使用指针形参

• 函数要处理数组必须知道何时开始、 何时结束。

还有一种方法是传递两个指针， 第1个指针指明数组的开始处（与前面用法相同） ， 第2个指针指明数组的结束处。

int sump(int* start, int* end)
{
    int total = 0;
    while(start < end)
    {
        total += *start;// 把数组元素的值加起来
        start++;
    }
    return total;
}

• while循环的测试条件是一个不相等的关系， 所以循环最后处理的一个元素是end所指向位置的前一个元素。 这意味着end指向的位置实际上在最后一个元素的后一个位置。

// 因为下标从0开始， 所以 marbles + SIZE 指向数组末尾的下一个位置。
answer = sump(marbles, marbles + SIZE);

• 可以把循环体压缩成一行代码：total += *start++; 一元运算符 * 和 ++ 的优先级相同， 但结合律是从右往左， 所以 start++ 先求值， 然后才是*start。

  10.4.2 指针表示法和数组表示法

• 处理数组的函数实际上用指针作为参数， 但是在编写这样的函数时， 可以选择是使用数组表示法还是指针表示法。

• ar[i] 和 *(ar+1) 这两个表达式都是等价的。 无论 ar 是数组名还是指针变量， 这两个表达式都没问题。 但是， 只有当 ar 是指针变量时， 才能使用 ar++ 这样的表达式。

• 指针表示法（尤其与递增运算符一起使用时） 更接近机器语言， 因此一些编译器在编译时能生成效率更高的代码。然而， 许多程序员认为他们的主要任务是确保代码正确、 逻辑清晰， 而代码优化应该留给编译器去做。

10.5 指针操作

指针变量的 9 种基本操作

• 赋值： 可以把地址赋给指针。

• 解引用： * 运算符给出指针指向地址上储存的值。

• 取址： 和所有变量一样， 指针变量也有自己的地址和值。

• 指针与整数相加： 可以使用 + 运算符把指针与整数相加， 或整数与指针相加。如果相加的结果超出了初始指针指向的数组范围， 计算结果则是未定义的。

  • 整数都会和指针所指向类型的大小（以字节为单位）相乘， 然后把结果与初始地址相加。

• 递增指针： 递增指向数组元素的指针可以让该指针移动至数组的下一个元素。

• 指针减去一个整数： 可以使用-运算符从一个指针中减去一个整数。指针必须是第1个运算对象， 整数是第 2 个运算对象。

  • 该整数将乘以指针指向类型的大小（以字节为单位） ， 然后用初始地址减去乘积。

• 递减指针： 当然， 除了递增指针还可以递减指针。

• 指针求差： 可以计算两个指针的差值。 通常， 求差的两个指针分别指向同一个数组的不同元素， 通过计算求出两元素之间的距离。 **差值的单位与数组类型的单位相同，如 ptr2 - ptr1 得 2， 意思是这两个指针所指向的两个元素相隔两个 int ， 而不是 2 字节。

• 比较： 使用关系运算符可以比较两个指针的值， 前提是两个指针都指向相同类型的对象。

• 在递增或递减指针时还要注意一些问题。 编译器不会检查指针是否仍指向数组元素。

• 千万不要解引用未初始化的指针。在使用指针之前， 必须先用已分配的地址初始化它。 例如， 可以用一个现有变量的地址初始化该指针（使用带指针形参的函数时， 就属于这种情况） 。或者还可以使用第 12 章将介绍的 malloc() 函数先分配内存。

指针的第 1 个基本用法是在函数间传递信息。前面学过， 如果希望在被调函数中改变主调函数的变量， 必须使用指针。 指针的第 2 个基本用法是用在处理数组的函数中。