深入理解C指针之四：指针和数组

原文:深入理解C指针之四：指针和数组

　　数组是C内建的基本数据结构，数组表示法和指针表示法紧密关联。一种常见的错误认识是数组和指针完全可以互换，尽管数组名字有时可以当做指针来用，但数组的名字不是指针。数组和指针的区别之一就是，尽管数组的名字可以返回数组地址，但是名字不能作为赋值操作的目标。

　　概述

　　数组是能用索引访问的同质元素连续集合。数组的元素在内存中是相邻的，而且元素都是同一类型的。数组的长度是固定的，realloc函数和变长数组提供了应对长度需要变化的数组的技术。

　　一维数组是线性结构，用一个索引访问成员。取决于不同的内存模型，数组的长度可能会有不同。

int vector[5];

　　数组的名字只是引用了一块内存，对数组使用sizeof操作符会得到为该数组分配的字节数。要知道数组的元素数，只要对其除以元素长度即可。

int vector[5];

printf("vector is %p\nsize is %d\n", &vector, sizeof(vector));

//vector is 0xbffb8c08

//size is 20

　　可以用一个块语句初始化一维数组。

int vector[5] = {1,2,3,4,5};

　　声明一个二维数组。可以将二维数组当做数组的数组，只使用一个下标访问二维数组得到的是对应行的指针。

int matrix[2][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};

printf("0 is %p\n1 is %p\n", &matrix[0], &matrix[1]);

//0 is 0xbf984044

//1 is 0xbf984050

　　可以看到，两个地址刚好差12个字节，也就是matrix数组一行的长度。

　　把数组地址赋给指针。

int* pv = vector;

　　注意这种写法和&vector[0]是等价的，不同于&vector是返回的整个数组的指针。一个是数组指针，一个是整数指针，指针类型不同。pv实际代表的是一个地址，*（pv+i）的写法等价于pv[i]，前者称作指针表示法，后者称作数组表示法。

printf("pv[0] is %d\n*(pv+1) is %d\n ",pv[0],*pv);

//pv[0] is 1

//*(pv+1) is 1

　　pv指针包含一个内存块的地址，方括号表示法会取出pv中包含的地址，用指针算数运算符把索引i加上，然后接引新地址返回其内容。给指针加上一个整数实际是给它加了整数与数据类型长度的乘积，这一点对数组名字也同样适用，*(pv+1)和*(vector+1)是等价的。因此数组表示法可以理解为“偏移并解引”操作。vector[i]和*(vector+i)两种方法结果相同，仅仅在实现上略有差别，可以忽略。注意指针可以作为左值，但是数组名字不可以作为左值使用，vector=vector+1是错误的写法。

　　一维数组

　　如果从堆上分配内存并把地址赋给一个指针，那就肯定可以对指针使用下标并把这块内存当做一个数组。用malloc创建的已有数组的长度可以通过realloc函数来调整。C99支持变长数组，但是变长数组只能在函数内部声明。所以如果数组的生命周期需要比函数长，或者你没有使用C99，那就只能使用realloc。

　　下面这个函数接受用户的输入，并且使用realloc函数动态的申请所需的内存，按回车结束输入。

char* getLine(void)

{

const size_t sizeIncrement = 10;

char* buffer = malloc(sizeIncrement);

char* currentPosition = buffer;

size_t maximumLength = sizeIncrement;

size_t length = 0;

int character;

if(currentPosition == NULL){return NULL;}

while(1)

{

character = fgetc(stdin);

if(character == '\n'){break;}

if(++length >= maximumLength)

{

maximumLength += sizeIncrement;

char* newBuffer = realloc(buffer,maximumLength);

if(newBuffer == NULL){free(buffer); return NULL;}

currentPosition = newBuffer + (currentPosition - buffer);

buffer = newBuffer;

}

*currentPosition++ = character;

}

*currentPosition = '\0';

printf("buffer is %s\n", buffer);

return buffer;

}

getLine();

　　将一维数组作为参数传递给函数实际是通过值来传递数组的地址，我们需要告诉函数数组的长度，否则函数只有一个地址，不知道数组到底有多长。对于字符串来说，可以依靠NUL字符来判断其长度。对于有些数组则无法判断。

　　声明一个指向数组的指针和指针数组、数组指针是不同的。指向数组的指针是一个指针指向数组下标为0的元素，指针数组是一个元素为指针的数组，数组指针是数组类型的指针。

int vector[2] = {1,2};

int* pv1 = vector;//指向数组的指针

int* pv2[2];//指针数组，可以用一个循环来为每个指针分配内存

int (*pv3)[2];//数组类型的指针

　　现在再来区分一下数组表示法和指针表示法在指针数组的应用。

int* array[5];

array[0] = (int*) malloc (sizeof(int));

*array[0] = 100;

*(array+1) = (int*) malloc (sizeof(int));

**(array+1) = 200;

　　在这里array[1]和*(array+1)是等价的，实际都是指针类型，使用malloc函数为指针在堆上分配内存，解引指针来为数据赋值，因此**(array+1)其实不难理解，一个*解引得到一个指针，对指针再解引才得到数据，而[]括号前面已经解释过，就是相当于一个取地址和加索引的操作。当然，还可以使用array[0][0]来代替*array[0]。

　　指针和多维数组

　　可以将多维数组的一部分看做子数组，比如二维数组的每一行当做一个一维数组。数组按行-列顺序存储，第二行的第一个元素的内存地址紧跟在第一行最后一个元素后面。

int matrix[2][3] = {{1,2,3},{4,5,6}};

int (*pmat)[3] = matrix;//3是二维数组的列数

printf("size of pmat[0] is %d\n", sizeof(pmat[0]));

//size of pmat[0] is 12

　　可以看到，该数组指针的第一个元素的长度是12个字节，也就是说是第一行的长度。如果要访问第一行第一个元素，需要用pmat[0][0]来访问。array[i][j]等于 array+i*sizeof(row) + j* sizeof(element)。sizeof(row)是一行的总大小，sizeof(element)是单个元素的大小，array是array[0][0]的地址。

　　给函数传递数组参数时，要考虑如何传递数组的维数以及每一维度的大小。下面是两种传递二维数组的方法：

void display2DArray(int arr[][3], int rows){}

void display2DArray(int (*arr)[3], int rows){}

　　两种方法都指定了行数。如果传递的数组维度超过了二维，除了一维的部分，需要指定其它维度的长度。如果传递一个array3D[3][2][4]的数组：

void display3DArray(int (*arr)[2][4], int rows){}

　　当使用malloc分别为二维数组的不同子数组分配内存时，可能导致内存分配不连续的问题。使用块语句一次性初始化不会有这个问题。使用malloc来为二维数组分配连续的内存有两种策略。假设二维数组有三行四列。第一种一次性分配所有内存3*4*sizeof(element)，然后使用的时候通过前面提到的如何访问array[i][j]的方法手动计算要访问的内存地址。第二种方法分为两步。第一步先使用malloc分配一块内存用来存放指向二维数组每一行的指针的指针。第二步为array[0][0]的指针分配所有内存，然后计算array[1][0]和array[2][0]的位置，分别给这两个关键指针赋值，这样就可以根据每一行的指针来使用下标访问了。

int rows = 3;

int columns = 5;

//第一种方法

int* matrixx = (int*) malloc (rows * columns * sizeof(int));

//第二种方法

int **matrixy = (int**) malloc (rows * sizeof(int*));

matrixy[0] = (int*) malloc (rows * columns * sizeof(int));

int i = 1;

while(i<rows)

{

i++;

matrixy[i] = matrix[0] + i * columns;

}

　　不规则数组是每一行的列数不一样的二维数组。可以使用复合字面量来初始化不规则数组。

(const int) {100}

(int [3]) {10, 20, 30}

　　不规则数组的访问和维护都比较麻烦，使用前应慎重考虑。