实验5_C语言指针应用编程

⼀、实验目的

1. 深度理解使用指针变量间接访问数据、代码
2. 会使用指针变量间接访问⼀维数组元素、⼆维数组元素
3. 会使用指针变量处理字符串
4. 会使用指针变量作为函数参数（形参、实参）和返回值
5. 能灵活应用数组、指针、函数，编程解决实际问题

二、实验内容

1、实验任务 1：指针变量作为函数参数、指针变量作为函数返回值

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 5
void input(int x[], int n);
void output(int x[], int n);
void find_min_max(int x[], int n, int* pmin, int* pmax);
int main() {
    int a[N];
    int min, max;
    printf("录入%d个数据:\n", N);
    input(a, N);
    printf("数据是: \n");
    output(a, N);
    printf("数据处理...\n");
    find_min_max(a, N, &min, &max);
    printf("输出结果:\n");
    printf("min = %d, max = %d\n", min, max);
    return 0;
     }
     void input(int x[], int n) {
         int i;
         for (i = 0; i < n; ++i)
             scanf_s("%d", &x[i]);
     }
     void output(int x[], int n) {
         int i;
         for (i = 0; i < n; ++i)
             printf("%d ", x[i]);
         printf("\n");
     }
     void find_min_max(int x[], int n, int* pmin, int* pmax) {
         int i;
         *pmin = *pmax = x[0];
         for (i = 0; i < n; ++i)
             if (x[i] < *pmin)
                 *pmin = x[i];
             else if (x[i] > *pmax)
                 *pmax = x[i];
     }

运行结果：

问题回答：

问题 1：函数find_min_max实现的功能是？

答：find_min_max 函数用于在数组 x 中找到最小值和最大值，并通过指针 pmin 和 pmax 返回这两个值。具体过程是：先将最小值和最大值初始化为数组的第一个元素；遍历整个数组，更新最小值和最大值指针指向的内容；最后，*pmin 和 *pmax 分别存储数组中的最小值和最大值。

问题 2：“指针变量在使⽤之前必须指向确定的地址 ” 。执⾏到 line45（ *pmin = *pmax = x[0];）时，指针变量 pmin 、 pmax 分别指向什么？

答：在执行 *pmin = *pmax = x[0];（line 45）时，pmin 指向 min 变量的地址，pmax 指向 max 变量的地址。它们指向的地址在函数调用时已经传入，并且是确定且有效的地址。

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 5
void input(int x[], int n);
void output(int x[], int n);
int* find_max(int x[], int n);
int main() {
    int a[N];
    int* pmax;
    printf("录入%d个数据:\n", N);
    input(a, N);
    printf("数据是: \n");
    output(a, N);
    printf("数据处理...\n");
    pmax = find_max(a, N);
    printf("输出结果:\n");
    printf("max = %d\n", *pmax);
    return 0;
}
void input(int x[], int n) {
    int i;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        scanf_s("%d", &x[i]);
}
void output(int x[], int n) {
    int i;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        printf("%d ", x[i]);
    printf("\n");
}
int* find_max(int x[], int n) {
    int max_index = 0;
    int i;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        if (x[i] > x[max_index])
            max_index = i;
    return &x[max_index];
}

运行结果：

问题回答：

问题 1：函数 find_max 的功能是（返回的是什么）？

答：函数 find_max 的功能是找到数组 x 中的最大元素所在的位置，并返回该最大元素的指针。

问题 2：把函数 find_max 的实现写成以下代码，可以吗？如果不可以，请给出你的理由。

int* find_max(int x[], int n) {
    int* ptr = &x[0];
    int i;
    for (i = 0; i < n; ++i)
        if (x[i] > *ptr)
            ptr = &x[i];

    return ptr;
}

答：这个实现是可以的，功能和原来完全等价。原实现用的是 max_index 变量记录最大元素下标，返回的是 &x[max_index]。新实现直接用一个指针 ptr 指向当前找到的最大元素，通过比较和更新该指针，最后返回最大元素的地址。两者都返回了数组中最大元素的指针，逻辑和功能都正确。

2、实验任务 2：对比使用字符数组、字符指针变量处理字符串的区别

源代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define N 80
int main() {
    char s1[N] = "Learning makes me happy";
    char s2[N] = "Learning makes me sleepy";
    char tmp[N];
    printf("sizeof(s1) vs. strlen(s1): \n");
    printf("sizeof(s1) = %zu\n", sizeof(s1));
    printf("strlen(s1) = %zu\n", strlen(s1));
    // printf("sizeof(s1) = %d\n", sizeof(s1));
    //printf("strlen(s1) = %d\n", strlen(s1));
    printf("\nbefore swap: \n");
    printf("s1: %s\n", s1);
    printf("s2: %s\n", s2);
    printf("\nswapping...\n");
    strcpy_s(tmp, N, s1);
    strcpy_s(s1, N, s2);
    strcpy_s(s2, N, tmp);
    /*strcpy(tmp, s1);
    strcpy(s1, s2);
    strcpy(s2, tmp);*/
    printf("\nafter swap: \n");
    printf("s1: %s\n", s1);
    printf("s2: %s\n", s2);
    return 0;
}

运行结果：

问题回答：

问题 1 ：数组 s1 的⼤⼩是多少？ sizeof(s1) 计算的是什么？ strlen(s1) 统计的是什么？

答：s1 是声明为 char s1[N]，其中 N 是80，所以数组大小是80。sizeof(s1) 计算的是整个数组 s1 所占的字节数，也就是80个字符的大小，通常是80字节。strlen(s1) 计算的是字符串 s1 中第一个遇到的空字符 \0 之前的有效字符数，即字符串的实际长度，不包括结尾的空字符。

问题 2 ： line7 代码（char s2[N] = "Learning makes me sleepy";），能否替换成以下写法？如果不能，写出原因。

char s1[N];
 s1 = "Learning makes me happy"

答：不能替换。数组名 s1 是数组的首地址的常量，不能被赋值（数组名不可作为左值）。

问题 3 ： line19-21 执⾏后，字符数组 s1 和 s2 中的内容是否交换？

答：这三行代码的意思是：tmp 先存储了原来的 s1 内容；然后将 s2 内容复制到 s1；最后将 tmp 内容复制回 s2。两个字符串的内容实现了互换。

源代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define N 80

int main() {
    char* s1 = "Learning makes me happy";
    char* s2 = "Learning makes me sleepy";
    char* tmp;

    printf("sizeof(s1) vs. strlen(s1): \n");
    printf("sizeof(s1) = %d\n", sizeof(s1));
    printf("strlen(s1) = %d\n", strlen(s1));

    printf("\nbefore swap: \n");
    printf("s1: %s\n", s1);
    printf("s2: %s\n", s2);

    printf("\nswapping...\n");
    tmp = s1;
    s1 = s2;
    s2 = tmp;

    printf("\nafter swap: \n");
    printf("s1: %s\n", s1);
    printf("s2: %s\n", s2);
    
    return 0;
}

运行结果：

问题回答：

问题 1 ：指针变量 s1 中存放的是什么？ sizeof(s1) 计算的是什么？ strlen(s1) 统计的是什么？

答：s1 存放的是字符串常量 "Learning makes me happy" 的首字符地址，即指向存储该字符串的内存区域的指针。sizeof(s1) 计算的是指针 s1 本身所占的字节数，一般是4字节（32位系统）或8字节（64位系统），与字符串内容长度无关。计算字符串 s1 指向的以 '\0' 结尾的字符串的长度，即有效字符数，不包含结尾的空字符。

问题 2 ： line6 代码能否替换成下⾯的写法？对⽐ task2_1.c 中的 line6, ⽤⽂字说明⼆者的语义区别。

char *s1;
 s1 = "Learning makes me happy";

答：可以。char s1[N] 中s1 是数组名，char *s1 中 s1 是指针变量。如果用过了 char s1[N] = "..."; ，下来就不能用 s1 = "..." 给数组赋值（数组名不可重新赋值，但指针变量可以）。

问题 3 ： line19-line21 ，交换的是什么？字符串常量 "Learning makes me happy" 和字符串常量 "Learning makes me sleepy" 在内存中有没有交换？

答：交换的是指针变量 s1 和 s2 的值（也就是地址），并没有改变字符串常量在内存中的位置。

3、实验任务 3：使用指针变量输出二维数组元素

源代码：

#include <stdio.h>

int main() {
    int x[2][4] = { {1, 9, 8, 4}, {2, 0, 4, 9} };
    int i, j;
    int* ptr1;     // 指针变量，存放int类型数据的地址
    int(*ptr2)[4]; // 指针变量，指向包含4个int元素的一维数组

    printf("输出1: 使用数组名、下标直接访问二维数组元素\n");
    for (i = 0; i < 2; ++i) {
        for (j = 0; j < 4; ++j)
            printf("%d ", x[i][j]);
        printf("\n");
    }

    printf("\n输出2: 使用指针变量ptr1(指向元素)间接访问\n");
    for (ptr1 = &x[0][0], i = 0; ptr1 < &x[0][0] + 8; ++ptr1, ++i) {
        printf("%d ", *ptr1);
        if ((i + 1) % 4 == 0)
            printf("\n");
    }

    printf("\n输出3: 使用指针变量ptr2(指向一维数组)间接访问\n");
    for (ptr2 = x; ptr2 < x + 2; ++ptr2) {
        for (j = 0; j < 4; ++j)
            printf("%d ", *(*ptr2 + j));
        printf("\n");
    }

    return 0;
}

运行结果：

问题回答：

 ptr1 是指向单个元素的指针， ptr2 是指向包含4个整数（数组）的指针。

4、实验任务 4：用指针变量处理字符串应用

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 80
void replace(char* str, char old_char, char new_char); // 函数声明
int main() {
    char text[N] = "Programming is difficult or not, it is a question.";
    printf("原始文本: \n");
    printf("%s\n", text);
    replace(text, 'i', '*'); // 函数调用 注意字符形参写法，单引号不能少
    printf("处理后文本: \n");
    printf("%s\n", text);
    return 0;
}
// 函数定义
void replace(char* str, char old_char, char new_char) {
    int i;
    while (*str) {
        if (*str == old_char)
            *str = new_char;
        str++;
    }
}

运行结果：

问题回答：

问题1： 函数 replace 的功能是？

答：函数 replace 用来遍历字符串 str 中的所有字符，把所有等于 old_char 的字符替换成 new_char。在本例中，就是在字符串里查找字符 “i” 并用字符 “*” 替换它。

问题2： line24, 圆括号⾥循环条件可以写成 *str != '\0' 吗？

答：可以。条件 while(*str) 的意思是：只要当前字符不是零（即不是字符串结束符 '\0'），循环继续。条件 while(*str != '\0') 显式地判断字符是否为终止符，逻辑一样。

5、实验任务 5：用指针变量处理字符串应用

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 80
char* str_trunc(char* str, char x);
int main() {
    char str[N];
    char ch;
    while (printf("输入字符串: "), gets(str) != NULL) {
        printf("输入一个字符: ");
        ch = getchar();
        printf("截断处理...\n");
        str_trunc(str, ch);         // 函数调用
        printf("截断处理后的字符串: %s\n\n", str);
        getchar();
    }
    return 0;
}

char* str_trunc(char* str, char x) {
    while (*str) {       // 遍历字符串
        if (*str == x) { // 找到指定字符x
            *str = '\0'; // 从此处截断字符串
            break;       // 截断后退出循环
        }
        str++;           // 指针后移
    }
    return str;           // 返回字符串地址（此处返回值一般不怎么用）
}

运行结果：

问题回答：

去掉 main 函数 line18getchar(); ，重新编译、运⾏，此时多组输⼊时，结果有什么不同？ line18 在这⾥起到的 作⽤是什么？

答：去掉 main 函数中 line 18 的 getchar(); 后，多组输入时会出现输入读取异常。 getchar(); 是用来吸收并丢弃用户敲入字符后留下的换行符\n，清空输入缓冲区。输入时键盘按下“回车”，回车生成的换行符仍在输入缓冲区，需要调用 getchar() 取走，防止影响下一次从缓冲区读取。

6、实验任务 6：判断身份证号码形式合法性

源代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define N 5
int check_id(char* str); // 函数声明
int main()
{
    char* pid[N] = { "31010120000721656X",
                    "3301061996X0203301",
                    "53010220051126571",
                    "510104199211197977",
                    "53010220051126133Y" };
    int i;
    for (i = 0; i < N; ++i)
        if (check_id(pid[i])) // 函数调用
            printf("%s\tTrue\n", pid[i]);
        else
            printf("%s\tFalse\n", pid[i]);
    return 0;
}

// 函数定义
// 功能: 检查指针str指向的身份证号码串形式上是否合法
// 形式合法，返回1，否则，返回0
int check_id(char* str) {
    int len = strlen(str);
    if (len != 18) // 长度必须是18位
        return 0;

    for (int i = 0; i < 18; i++) {
        char c = str[i];
        if (i != 17) { // 前17位必须是数字
            if (c < '0' || c > '9')
                return 0;
        }
        else { // 最后一位可以是数字或者大写X
            if (!((c >= '0' && c <= '9') || c == 'X'))
                return 0;
        }
    }

    return 1; // 合法返回1
}

运行结果：

7、实验任务 7：实现对⼀段英文文本进行加密和解密

源代码：

#include <stdio.h>
#define N 80

void encoder(char* str, int n); // 函数声明
void decoder(char* str, int n); // 函数声明

int main() {
    char words[N];
    int n;

    while (1) {
        printf("输入英文文本(空行退出): ");
        if (fgets(words, N, stdin) == NULL) break;

        // 去掉换行符
        int i = 0;
        while (words[i] != '\0') {
            if (words[i] == '\n') {
                words[i] = '\0';
                break;
            }
            i++;
        }
        // 如果输入是空行，退出循环
        if (words[0] == '\0') break;

        printf("输入n: ");
        if (scanf_s("%d", &n) != 1) break;
        getchar(); // 吸收输入n后的回车符

        printf("编码后的英文文本: ");
        encoder(words, n);
        printf("%s\n", words);

        printf("对编码后的英文文本解码: ");
        decoder(words, n);
        printf("%s\n\n", words);
    }

    printf("程序结束。\n");
    return 0;
}

void encoder(char* str, int n) {
    while (*str) {
        if (*str >= 'a' && *str <= 'z') {
            *str = (char)(((*str - 'a') + n) % 26 + 'a');
        }
        else if (*str >= 'A' && *str <= 'Z') {
            *str = (char)(((*str - 'A') + n) % 26 + 'A');
        }
        str++;
    }
}

void decoder(char* str, int n) {
    while (*str) {
        if (*str >= 'a' && *str <= 'z') {
            *str = (char)(((*str - 'a') - n + 26) % 26 + 'a');
        }
        else if (*str >= 'A' && *str <= 'Z') {
            *str = (char)(((*str - 'A') - n + 26) % 26 + 'A');
        }
        str++;
    }
}

运行结果：

8、实验任务 8：输入姓名并按姓名字典序升序打印问候

源代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    int i, j;
    // 简单冒泡排序，从 argv[1] 到 argv[argc-1]
    for (i = 1; i < argc - 1; ++i) {
        for (j = i + 1; j < argc; ++j) {
            if (strcmp(argv[i], argv[j]) > 0) {
                char* temp = argv[i];
                argv[i] = argv[j];
                argv[j] = temp;
            }
        }
    }

    // 排序后打印
    for (i = 1; i < argc; ++i) {
        printf("hello, %s\n", argv[i]);
    }

    return 0;
}

运行结果：

三、实验总结

1、void 和 int的区别
void表示函数没有返回值,适用于那些执行操作但不需要给调用者返回数据的函数，比如打印、修改全局变量或传入的指针所指数据等。
int表示函数返回一个整数类型的值。适用于需要向调用者报告结果或状态的函数。调用时一般会接收返回值。

2、调出“运行”窗口的方法

下键盘上的 Win + R；在弹出的“运行”对话框中输入 cmd，然后回车或点击“确定”；这时会打开命令提示符窗口。