C语言指针与数组的深度解析

### C语言指针与数组的深度解析 #### 1. 指针基础 指针是C语言中非常重要的概念，它存储的是变量的内存地址。下面通过一些代码示例来理解指针的基本操作： ```c int x = 1; int y; int z[10]; int *ip; ip = &x; /* ip now points to x */ y = *ip; /* y is now 1 */ *ip = 0; /* x is now 0 */ ip = &z[0]; /* ip now points to z[0] */ ``` 在上述代码中，`int *ip;` 声明了一个指向整数的指针 `ip`。`&` 是取地址运算符，`*` 是解引用运算符。`ip = &x;` 让 `ip` 指向 `x` 的地址，`y = *ip;` 则是将 `ip` 所指向的值赋给 `y`，`*ip = 0;` 是将 `ip` 所指向的 `x` 的值修改为 0。 指针的声明语法与它可能出现的表达式语法相似。例如： ```c double *dp, atof(char *); ``` 这表明 `*dp` 和 `atof(s)` 的值都是 `double` 类型，并且 `atof` 的参数是一个指向 `char` 的指针。 指针通常被约束为指向特定类型的对象，但有一个例外，即 “指向 `void` 的指针”，它可以保存任何类型的指针，但不能直接解引用。 指针的运算也有一些规则： - `*ip = *ip + 10;`：将 `ip` 所指向的值加 10。 - `y = *ip + 1;`：先取 `ip` 所指向的值，加 1 后赋给 `y`。 - `*ip += 1;`、`++*ip` 和 `(*ip)++`：都将 `ip` 所指向的值加 1。需要注意的是，`(*ip)++` 中的括号不能省略，因为 `*` 和 `++` 是右结合的，如果没有括号，会先对 `ip` 进行自增操作。 指针作为变量，也可以在不解引用的情况下使用。例如： ```c int *iq; iq = ip; ``` 这会将 `ip` 的内容复制到 `iq` 中，使 `iq` 指向 `ip` 所指向的对象。 #### 2. 指针与函数参数 在C语言中，函数参数是按值传递的，这意味着被调用函数无法直接修改调用函数中的变量。例如，下面的 `swap` 函数无法交换调用函数中两个变量的值： ```c void swap(int x, int y) /* WRONG */ { int temp; temp = x; x = y; y = temp; } ``` 要实现交换的效果，需要传递变量的指针： ```c void swap(int *px, int *py) /* interchange *px and *py */ { int temp; temp = *px; *px = *py; *py = temp; } ``` 调用时使用 `swap(&a, &b);`，这样 `swap` 函数就可以通过指针间接访问和修改调用函数中的变量。 另一个例子是 `getint` 函数，它用于从输入中读取下一个整数： ```c #include <ctype.h> int getch(void); void ungetch(int); /* getint: get next integer from input into *pn */ int getint(int *pn) { int c, sign; while (isspace(c = getch())) /* skip white space */ ; if (!isdigit(c) && c != EOF && c != '+' && c != '-') { ungetch(c); /* it is not a number */ return 0; } sign = (c == '-') ? -1 : 1; if (c == '+' || c == '-') c = getch(); for (*pn = 0; isdigit(c), c = getch()) *pn = 10 * *pn + (c - '0'); *pn *= sign; if (c != EOF) ungetch(c); return c; } ``` 在这个函数中，`*pn` 被当作普通的 `int` 变量使用。`getch` 和 `ungetch` 函数用于处理多读取的字符。 #### 3. 指针与数组 在C语言中，指针和数组有着紧密的联系。任何可以通过数组下标实现的操作，也可以通过指针来完成。指针版本通常更快，但对于初学者来说可能更难理解。 例如，声明一个数组： ```c int a[10]; ``` 这定义了一个包含 10 个整数的数组 `a`。如果声明一个指针： ```c int *pa; pa = &a[0]; ``` 那么 `pa` 就指向了数组 `a` 的第一个元素。此时，`*(pa + 1)` 就相当于 `a[1]`，`pa + i` 是 `a[i]` 的地址，`*(pa + i)` 是 `a[i]` 的值。 数组名实际上是数组首元素的地址，因此 `pa = a;` 与 `pa = &a[0];` 是等价的。而且，`a[i]` 等价于 `*(a + i)`，`&a[i]` 等价于 `a + i`。 需要注意的是，指针是变量，可以进行赋值和自增操作，如 `pa = a;` 和 `pa++;` 是合法的；但数组名不是变量，`a = pa;` 和 `a++;` 是非法的。 当数组名作为参数传递给函数时，传递的是数组首元素的地址。例如，下面是另一个版本的 `strlen` 函数： ```c /* strlen: return length of string s */ int strlen(char *s) { int n; for (n = 0; *s != '\0', s++) n++; return n; } ``` 在函数内部，`s` 是一个指针变量，`s++` 不会影响调用函数中的字符串，只是对 `strlen` 函数内部的指针副本进行操作。 函数定义中的参数 `char s[];` 和 `char *s;` 是等价的，但通常更倾向于使用 `char *s;`，因为它更明确地表明这是一个指针。 可以通过传递子数组的首地址来将部分数组传递给函数。例如： ```c void f(int *arr) { ... } int a[10]; f(&a[2]); f(a + 2); ``` 这两种方式都将数组 `a` 从第 3 个元素开始的子数组传递给了函数 `f`。 #### 4. 地址算术 指针的算术运算包括指针与整数的加减运算。如果 `p` 是指向数组元素的指针，`p++` 会使 `p` 指向下一个元素，`p += i` 会使 `p` 指向当前位置之后的第 `i` 个元素。 下面是一个简单的存储分配器的实现： ```c #define ALLOCSIZE 10000 /* size of avail ```