C语言数组指针

C语言数组指针（指向数组的指针）

数组（Array）是一系列具有相同类型的数据的集合，每一份数据叫做一个数组元素（Element）。数组中的所有元素在内存中是连续排列的，整个数组占用的是一块内存。以int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };为例，该数组在内存中的分布如下图所示：

定义数组时，要给出数组名和数组长度，数组名可以认为是一个指针，它指向数组的第 0 个元素。在C语言中，我们将第 0 个元素的地址称为数组的首地址。以上面的数组为例，下图是 arr 的指向：

数组名的本意是表示整个数组，也就是表示多份数据的集合，但在使用过程中经常会转换为指向数组第 0 个元素的指针，所以上面使用了“认为”一词，表示数组名和数组首地址并不总是等价。初学者可以暂时忽略这个细节，把数组名当做指向第 0 个元素的指针使用即可。

下面的例子演示了如何以指针的方式遍历数组元素：

#include <stdio.h>
int main(){
int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };
int len = sizeof(arr) / sizeof(int); //求数组长度
int i;
for(i=0; i<len; i++){
printf("%d ", *(arr+i) ); //*(arr+i)等价于arr[i]
}
printf("\n");
return 0;
}

运行结果：
99  15  100  888  252

第 5 行代码用来求数组的长度，sizeof(arr) 会获得整个数组所占用的字节数，sizeof(int) 会获得一个数组元素所占用的字节数，它们相除的结果就是数组包含的元素个数，也即数组长度。

第 8 行代码中我们使用了*(arr+i)这个表达式，arr 是数组名，指向数组的第 0 个元素，表示数组首地址， arr+i 指向数组的第 i 个元素，*(arr+i) 表示取第 i 个元素的数据，它等价于 arr[i]。

arr 是int*类型的指针，每次加 1 时它自身的值会增加 sizeof(int)，加 i 时自身的值会增加 sizeof(int) * i，这在《C语言指针变量的运算》中已经进行了详细讲解。

我们也可以定义一个指向数组的指针，例如：

int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };
int *p = arr;

arr 本身就是一个指针，可以直接赋值给指针变量 p。arr 是数组第 0 个元素的地址，所以int *p = arr;也可以写作int *p = &arr[0];。也就是说，arr、p、&arr[0] 这三种写法都是等价的，它们都指向数组第 0 个元素，或者说指向数组的开头。

再强调一遍，“arr 本身就是一个指针”这种表述并不准确，严格来说应该是“arr 被转换成了一个指针”。

如果一个指针指向了数组，我们就称它为数组指针（Array Pointer）。

数组指针指向的是数组中的一个具体元素，而不是整个数组，所以数组指针的类型和数组元素的类型有关，上面的例子中，p 指向的数组元素是 int 类型，所以 p 的类型必须也是int *。

反过来想，p 并不知道它指向的是一个数组，p 只知道它指向的是一个整数，究竟如何使用 p 取决于程序员的编码。

更改上面的代码，使用数组指针来遍历数组元素：

#include <stdio.h>
int main(){
int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };
int i, *p = arr, len = sizeof(arr) / sizeof(int);
for(i=0; i<len; i++){
printf("%d ", *(p+i) );
}
printf("\n");
return 0;
}

数组在内存中只是数组元素的简单排列，没有开始和结束标志，在求数组的长度时不能使用sizeof(p) / sizeof(int)，因为 p 只是一个指向 int 类型的指针，编译器并不知道它指向的到底是一个整数还是一系列整数（数组），所以 sizeof(p) 求得的是 p 这个指针变量本身所占用的字节数，而不是整个数组占用的字节数。

也就是说，根据数组指针不能逆推出整个数组元素的个数，以及数组从哪里开始、到哪里结束等信息。不像字符串，数组本身也没有特定的结束标志，如果不知道数组的长度，那么就无法遍历整个数组。

上节我们讲到，对指针变量进行加法和减法运算时，是根据数据类型的长度来计算的。如果一个指针变量 p 指向了数组的开头，那么 p+i 就指向数组的第 i 个元素；如果 p 指向了数组的第 n 个元素，那么 p+i 就是指向第 n+i 个元素；而不管 p 指向了数组的第几个元素，p+1 总是指向下一个元素，p-1 也总是指向上一个元素。

更改上面的代码，让 p 指向数组中的第二个元素：

#include <stdio.h>
int main(){
int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };
int *p = &arr[2]; //也可以写作 int *p = arr + 2;
printf("%d, %d, %d, %d, %d\n", *(p-2), *(p-1), *p, *(p+1), *(p+2) );
return 0;
}

运行结果：
99, 15, 100, 888, 252

引入数组指针后，我们就有两种方案来访问数组元素了，一种是使用下标，另外一种是使用指针。

1) 使用下标

也就是采用 arr[i] 的形式访问数组元素。如果 p 是指向数组 arr 的指针，那么也可以使用 p[i] 来访问数组元素，它等价于 arr[i]。

2) 使用指针

也就是使用 *(p+i) 的形式访问数组元素。另外数组名本身也是指针，也可以使用 *(arr+i) 来访问数组元素，它等价于 *(p+i)。

不管是数组名还是数组指针，都可以使用上面的两种方式来访问数组元素。不同的是，数组名是常量，它的值不能改变，而数组指针是变量（除非特别指明它是常量），它的值可以任意改变。也就是说，数组名只能指向数组的开头，而数组指针可以先指向数组开头，再指向其他元素。

更改上面的代码，借助自增运算符来遍历数组元素：

#include <stdio.h>
int main(){
int arr[] = { 99, 15, 100, 888, 252 };
int i, *p = arr, len = sizeof(arr) / sizeof(int);
for(i=0; i<len; i++){
printf("%d ", *p++ );
}
printf("\n");
return 0;
}

运行结果：
99  15  100  888  252

第 8 行代码中，*p++ 应该理解为 *(p++)，每次循环都会改变 p 的值（p++ 使得 p 自身的值增加），以使 p 指向下一个数组元素。该语句不能写为 *arr++，因为 arr 是常量，而 arr++ 会改变它的值，这显然是错误的。

关于数组指针的谜题

假设 p 是指向数组 arr 中第 n 个元素的指针，那么 *p++、*++p、(*p)++ 分别是什么意思呢？

*p++ 等价于 *(p++)，表示先取得第 n 个元素的值，再将 p 指向下一个元素，上面已经进行了详细讲解。

*++p 等价于 *(++p)，会先进行 ++p 运算，使得 p 的值增加，指向下一个元素，整体上相当于 *(p+1)，所以会获得第 n+1 个数组元素的值。

(*p)++ 就非常简单了，会先取得第 n 个元素的值，再对该元素的值加 1。假设 p 指向第 0  个元素，并且第 0 个元素的值为 99，执行完该语句后，第 0  个元素的值就会变为 100。

数组和指针绝不等价，数组是另外一种类型

数组和指针不等价的一个典型案例就是求数组的长度，这个时候只能使用数组名，不能使用数组指针

#include <stdio.h>

int main(){
int a[6] = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
int *p = a;
int len_a = sizeof(a) / sizeof(int);
int len_p = sizeof(p) / sizeof(int);
printf("len_a = %d, len_p = %d\n", len_a, len_p);
return 0;
}

运行结果：
len_a = 6, len_p = 1
数组是一系列数据的集合，没有开始和结束标志，p 仅仅是一个指向 int 类型的指针，编译器不知道它指向的是一个整数还是一堆整数，对 p 使用 sizeof 求得的是指针变量本身的长度。也就是说，编译器并没有把 p 和数组关联起来，p 仅仅是一个指针变量，不管它指向哪里，sizeof 求得的永远是它本身所占用的字节数。

站在编译器的角度讲，变量名、数组名都是一种符号，它们最终都要和数据绑定起来。变量名用来指代一份数据，数组名用来指代一组数据（数据集合），它们都是有类型的，以便推断出所指代的数据的长度。

对，数组也有类型，这是很多读者没有意识到的，大部分C语言书籍对这一点也含糊其辞！我们可以将 int、float、char 等理解为基本类型，将数组理解为由基本类型派生得到的稍微复杂一些的类型。sizeof 就是根据符号的类型来计算长度的。

对于数组 a，它的类型是int [6]，表示这是一个拥有 6 个 int 数据的集合，1 个 int 的长度为 4，6 个 int 的长度为 4×6 = 24，sizeof 很容易求得。

对于指针变量 p，它的类型是int *，在 32 位环境下长度为 4，在 64 位环境下长度为 8。

归根结底，a 和 p 这两个符号的类型不同，指代的数据也不同，它们不是一码事，sizeof 是根据符号类型来求长度的，a 和 p 的类型不同，求得的长度自然也不一样。

对于二维数组，也是类似的道理，例如int a[3][3]={1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};，它的类型是int [3][3]，长度是 4×3×3 = 36，读者可以亲自测试。

与普通变量名相比，数组名既有一般性也有特殊性：一般性表现在数组名也用来指代特定的内存块，也有类型和长度；特殊性表现在数组名有时候会转换为一个指针，而不是它所指代的数据本身的值。

数组在什么时候会转换为指针
数组名的本意是表示一组数据的集合，它和普通变量一样，都用来指代一块内存，但在使用过程中，数组名有时候会转换为指向数据集合的指针（地址），而不是表示数据集合本身，这在前面的例子中已经被多次证实。

数据集合包含了多份数据，直接使用一个集合没有明确的含义，将数组名转换为指向数组的指针后，可以很容易地访问其中的任何一份数据，使用时的语义更加明确。

C语言标准规定，当数组名作为数组定义的标识符（也就是定义或声明数组时）、sizeof 或 & 的操作数时，它才表示整个数组本身，在其他的表达式中，数组名会被转换为指向第 0 个元素的指针（地址）。

数组下标[ ]

C语言标准还规定，数组下标与指针的偏移量相同。通俗地理解，就是对数组下标的引用总是可以写成“一个指向数组的起始地址的指针加上偏移量”。

对数组的引用 a[i] 在编译时总是被编译器改写成*(a+i)的形式，C语言标准也要求编译器必须具备这种行为。

取下标操作符[ ]是建立在指针的基础上，它的作用是使一个指针和一个整数相加，产生出一个新的指针，然后从这个新指针（新地址）上取得数据；假设指针的类型为T *，所产生的结果的类型就是T。

使用下标时，编译器会自动把下标的步长调整到数组元素的大小。数组 a 中每个元素都是 int 类型，长度为 4 个字节，那么a[i+1]和a[i]在内存中的距离是 4（而不是 1）。

数组作函数参数

C语言标准规定，作为“类型的数组”的形参应该调整为“类型的指针”。
在函数形参定义这个特殊情况下，编译器必须把数组形式改写成指向数组第 0 个元素的指针形式。编译器只向函数传递数组的地址，而不是整个数组的拷贝。

关于数组和指针可交换性的总结
1) 用 a[i] 这样的形式对数组进行访问总是会被编译器改写成（或者说解释为）像 *(a+i) 这样的指针形式。

2) 指针始终是指针，它绝不可以改写成数组。你可以用下标形式访问指针，一般都是指针作为函数参数时，而且你知道实际传递给函数的是一个数组。

3) 在特定的环境中，也就是数组作为函数形参，也只有这种情况，一个数组可以看做是一个指针。作为函数形参的数组始终会被编译器修改成指向数组第一个元素的指针。

3) 当希望向函数传递数组时，可以把函数参数定义为数组形式（可以指定长度也可以不指定长度），也可以定义为指针。不管哪种形式，在函数内部都要作为指针变量对待。

C语言指针数组（每个元素都是指针）

注意区别：
数组指针：指的是指针指向的是一个数组；
指针数组：表示的是数组的每个元素都是指针。

如果一个数组中的所有元素保存的都是指针，那么我们就称它为指针数组。指针数组的定义形式一般为：
dataType *arrayName[length];
[ ]的优先级高于*，该定义形式应该理解为：
dataType *(arrayName[length]);
括号里面说明arrayName是一个数组，包含了length个元素，括号外面说明每个元素的类型为dataType *。

除了每个元素的数据类型不同，指针数组和普通数组在其他方面都是一样的，下面是一个简单的例子：

#include <stdio.h>
int main(){
int a = 16, b = 932, c = 100;
//定义一个指针数组
int *arr[3] = {&a, &b, &c};//也可以不指定长度，直接写作 int *parr[]
//定义一个指向指针数组的指针
int **parr = arr;
printf("%d, %d, %d\n", *arr[0], *arr[1], *arr[2]);
printf("%d, %d, %d\n", **(parr+0), **(parr+1), **(parr+2));

return 0;
}

运行结果：
16, 932, 100
16, 932, 100
arr 是一个指针数组，它包含了 3 个元素，每个元素都是一个指针，在定义 arr 的同时，我们使用变量 a、b、c 的地址对它进行了初始化，这和普通数组是多么地类似。

parr 是指向数组 arr 的指针，确切地说是指向 arr 第 0 个元素的指针，它的定义形式应该理解为int (*parr)，括号中的表示 parr 是一个指针，括号外面的int 表示 parr 指向的数据的类型。arr 第 0 个元素的类型为 int ，所以在定义 parr 时要加两个 *。

第一个 printf() 语句中，arr[i] 表示获取第 i 个元素的值，该元素是一个指针，还需要在前面增加一个 * 才能取得它指向的数据，也即 *arr[i] 的形式。

第二个 printf() 语句中，parr+i 表示第 i 个元素的地址，(parr+i) 表示获取第 i 个元素的值（该元素是一个指针），*(parr+i) 表示获取第 i 个元素指向的数据。

指针数组还可以和字符串数组结合使用，请看下面的例子：

#include <stdio.h>
int main(){
char *str[3] = {
"google.com",
"hello world",
"C Language"
};
printf("%s\n%s\n%s\n", str[0], str[1], str[2]);
return 0;
}

运行结果：
google.com

hello world

C Language

需要注意的是，字符数组 str 中存放的是字符串的首地址，不是字符串本身，字符串本身位于其他的内存区域，和字符数组是分开的。

也只有当指针数组中每个元素的类型都是char *时，才能像上面那样给指针数组赋值，其他类型不行。

为了便于理解，可以将上面的字符串数组改成下面的形式，它们都是等价的。

#include <stdio.h>
int main(){
char *str0 = "c.biancheng.net";
char *str1 = "google.com";
char *str2 = "hello world";
char *str[3] = {str0, str1, str2};
printf("%s\n%s\n%s\n", str[0], str[1], str[2]);
return 0;
}

a+i == p+i
a[i] == p[i] == (a+i) == (p+i)
a[i][j] == p[i][j] == (a[i]+j) == (p[i]+j) == ((a+i)+j) == ((p+i)+j)

指针数组和二维数组指针的区别

指针数组和二维数组指针在定义时非常相似，只是括号的位置不同：

int *(p1[5]); //指针数组，可以去掉括号直接写作 int *p1[5];
int (*p2)[5]; //二维数组指针，不能去掉括号

My Summary:

明白()的优先级高于[]， []的优先级高于 *
明白a[i] 编译器会解释成*(a+i)
C语言函数指针（指向函数的指针）
一个函数总是占用一段连续的内存区域，函数名在表达式中有时也会被转换为该函数所在内存区域的首地址，这和数组名非常类似。我们可以把函数的这个首地址（或称入口地址）赋予一个指针变量，使指针变量指向函数所在的内存区域，然后通过指针变量就可以找到并调用该函数。这种指针就是函数指针。

函数指针的定义形式为：
returnType (*pointerName)(param list);

注意( )的优先级高于*，第一个括号不能省略，
如果写作returnType *pointerName(param list);
就成了函数原型，它表明函数的返回值类型为returnType *。

#include <stdio.h>

//返回两个数中较大的一个
int max(int a, int b){
return a>b ? a : b;
}

int main(){
int x, y, maxval;
//定义函数指针
int (*pmax)(int, int) = max; //也可以写作int (*pmax)(int a, int b)
printf("Input two numbers:");
scanf("%d %d", &x, &y);
maxval = (*pmax)(x, y);
printf("Max value: %d\n", maxval);

return 0;
}

运行结果：
Input two numbers:10 50↙
Max value: 50

第 14 行代码对函数进行了调用。pmax 是一个函数指针，在前面加 * 就表示对它指向的函数进行调用。注意( )的优先级高于*，第一个括号不能省略。

数组到底在什么时候会转换为指针

数组名的本意是表示一组数据的集合，它和普通变量一样，都用来指代一块内存，但在使用过程中，数组名有时候会转换为指向数据集合的指针（地址），而不是表示数据集合本身，这在前面的例子中已经被多次证实。

数据集合包含了多份数据，直接使用一个集合没有明确的含义，将数组名转换为指向数组的指针后，可以很容易地访问其中的任何一份数据，使用时的语义更加明确。

C语言标准规定，当数组名作为数组定义的标识符（也就是定义或声明数组时）、sizeof 或 & 的操作数时，它才表示整个数组本身，在其他的表达式中，数组名会被转换为指向第 0 个元素的指针（地址）。

数组和指针的关系颇像诗和词的关系，它们都是一种文学形式，有不少共同之处，但在实际的表现手法上又各有特色。

再谈数组下标[ ]

C语言标准还规定，数组下标与指针的偏移量相同。通俗地理解，就是对数组下标的引用总是可以写成“一个指向数组的起始地址的指针加上偏移量”。假设现在有一个数组 a 和指针变量 p，它们的定义形式为：

int a = {1, 2, 3, 4, 5}, *p, i = 2;

int a = {1, 2, 3, 4, 5}, *p, i = 2;

读者可以通过以下任何一种方式来访问 a[i]：

p = a; p[i];

p = a; *(p + i);

p = a + i; *p;

对数组的引用 a[i] 在编译时总是被编译器改写成 *(a+i)的形式，C语言标准也要求编译器必须具备这种行为。

取下标操作符 [ ]是建立在指针的基础上，它的作用是使一个指针和一个整数相加，产生出一个新的指针，然后从这个新指针（新地址）上取得数据；假设指针的类型为 T *，所产生的结果的类型就是 T。

取下标操作符的两个操作数是可以交换的，它并不在意操作数的先后顺序，就像在加法中 3+5 和 5+3 并没有什么不一样。以上面的数组 a 为例，如果希望访问第 3 个元素，那么可以写作 a[3]，也可以写作 3[a]，这两种形式都是正确的，只不过后面的形式从不曾使用，它除了可以把初学者搞晕之外，实在没有什么实际的意义。

a[3] 等价于 *(a + 3)，3[a] 等价于 *(3 + a)，仅仅是把加法的两个操作数调换了位置。

使用下标时，编译器会自动把下标的步长调整到数组元素的大小。数组 a 中每个元素都是 int 类型，长度为 4 个字节，那么 a[i+1]和 a[i]在内存中的距离是 4（而不是 1）。

数组作函数参数

C语言标准规定，作为“类型的数组”的形参应该调整为“类型的指针”。在函数形参定义这个特殊情况下，编译器必须把数组形式改写成指向数组第 0 个元素的指针形式。编译器只向函数传递数组的地址，而不是整个数组的拷贝。

这种隐式转换意味着下面三种形式的函数定义是完全等价的：

void func(int *parr){ ...... }
void func(int arr[]){ ...... }
void func(int arr[5]){ ...... }

在函数内部，arr 会被转换成一个指针变量，编译器为 arr 分配 4 个字节的内存，用 sizeof(arr) 求得的是指针变量的长度，而不是数组长度。要想在函数内部获得数组长度必须额外增加一个参数。

参数传递是一次赋值的过程，赋值也是一个表达式，函数调用时不管传递的是数组名还是数组指针，效果都是一样的，相当于给一个指针变量赋值。

把作为形参的数组和指针等同起来是出于效率方面的考虑。数组是若干类型相同的数据的集合，数据的数目没有限制，可能只有几个，也可能成千上万，如果要传递整个数组，无论在时间还是内存空间上的开销都可能非常大。而且绝大部分情况下，我们其实并不需要整个数组的拷贝，我们只想告诉函数在那一时刻对哪个特定的数组感兴趣。

关于数组和指针可交换性的总结

1) 用 a[i] 这样的形式对数组进行访问总是会被编译器改写成（或者说解释为）像 *(a+i) 这样的指针形式。

2) 指针始终是指针，它绝不可以改写成数组。你可以用下标形式访问指针，一般都是指针作为函数参数时，而且你知道实际传递给函数的是一个数组。

3) 在特定的环境中，也就是数组作为函数形参，也只有这种情况，一个数组可以看做是一个指针。作为函数形参的数组始终会被编译器修改成指向数组第一个元素的指针。

3) 当希望向函数传递数组时，可以把函数参数定义为数组形式（可以指定长度也可以不指定长度），也可以定义为指针。不管哪种形式，在函数内部都要作为指针变量对待。