所有C語言數(shù)組和指針的知識都在這里了！|周立功手把手教你學(xué)C語言編程

>>>1.6.1數(shù)組與指針

1.數(shù)組

（1）數(shù)組的聲明

我們知道，一個基本數(shù)據(jù)類型的變量只能存儲一個數(shù)據(jù)，比如：

如果需要存儲一組int型數(shù)據(jù)呢？比如，1、2、3，則至少需要3個變量data0、data1、data2。比如：

由于數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式多種多樣，還有字符型和其它的數(shù)值類型，因此僅有基本數(shù)據(jù)類型是不夠的。是否可以通過基本數(shù)據(jù)類型的組合抽象構(gòu)造其它的數(shù)據(jù)類型呢？答案是可以的，構(gòu)造數(shù)據(jù)類型數(shù)組就是這樣產(chǎn)生的。

從概念的視角來看，int型整數(shù)1、2和3都是相同的數(shù)據(jù)類型，data0、data1和data2三個變量的共性是data，其差異性是下標(biāo)不一樣。因此可以將data0、data1和data2抽象為一個名字，然后用下標(biāo)區(qū)分這些變量的集合——data[0]、data[1]和data[2]。如果有以下聲明：

那么data[3]就成了存放3個int型數(shù)據(jù)1、2、3的data[0]、data[1]和data[2]所組成的數(shù)組，即可分別對data[0]、data[1]和data[2]賦值：

當(dāng)然，也可以按照以下方式聲明一個數(shù)組并進(jìn)行初始化：

通常將data稱為數(shù)組（變量）名，data[0]、data[1]和data[2]被稱為變量。因而可以說，數(shù)組是將相同類型數(shù)據(jù)的若干變量按有序的形式組織起來，用一個名字命名，然后用下標(biāo)區(qū)分這些變量的集合。

由于數(shù)組是建立在其它類型的基礎(chǔ)上，因此C將數(shù)組看作構(gòu)造類型，在聲明數(shù)組時必須說明其元素的類型。比如，int類型的數(shù)組、float類型的數(shù)組或其它類型的數(shù)組。而其它類型也可以是數(shù)組類型，在這種情況下，創(chuàng)建的是數(shù)組類型的數(shù)組，簡稱數(shù)組的數(shù)組。

（2）下標(biāo)與變量的值

在這里，定義了一個名為data的數(shù)組類型變量，它是由存放3個int型數(shù)據(jù)1、2、3的變量data[0]、data[1]和data[2]組成的。通常又將數(shù)組的各個變量稱為數(shù)組的元素，而數(shù)組的元素是按照順序編號的，這些元素的編號又稱為數(shù)組元素的下標(biāo)。

由于有了下標(biāo)，因此數(shù)組元素在內(nèi)存中的位置就被唯一確定下來了。下標(biāo)總是從0開始的，最后一個元素的下標(biāo)為元素的個數(shù)減1（即2），data[0]叫第1個元素，data[1]叫第2個元素，data[2]叫第3個元素，也就意味著所有的元素在內(nèi)存中都是連續(xù)存儲的。

直觀上，數(shù)組是由下標(biāo)（或稱為索引）和值所組成的序?qū)?index, value>集合，對于每個有定義的下標(biāo)都存在一個與其關(guān)聯(lián)的值，在數(shù)學(xué)上稱為映射。除了創(chuàng)建新數(shù)組外，大多數(shù)語言對數(shù)組只提供兩種標(biāo)準(zhǔn)操作：一個操作是檢索一個值，另一個操作是存儲一個值。

函數(shù)Create(data, size)創(chuàng)建一個新的具有適當(dāng)大小的空數(shù)組，初始時數(shù)組的每一項都沒有定義。Retrieve操作接受一個數(shù)組data和一個下標(biāo)index，如果下標(biāo)合法，則該操作返回與下標(biāo)關(guān)聯(lián)的值，否則產(chǎn)生一個錯誤。Store操作接受一個數(shù)組data、一個下標(biāo)index和一個項item的集合，即項是value值的集合，有時也將值（value）稱為項（item），返回在原來數(shù)組中增加新的序?qū)?index, value>后的數(shù)組。

顯然，int系的任何常量表達(dá)式都可以作為數(shù)組元素的下標(biāo)。比如：

上述定義之所以合法，因為表示元素個數(shù)的常量表達(dá)式在編譯時就具有確定的意義，與變量的定義一樣明確地分配了固定大小的空間。

雖然使用符號常量增強(qiáng)了數(shù)組的靈活性，但如果定義采用了以下的形式：

因為標(biāo)準(zhǔn)C認(rèn)為數(shù)組元素的個數(shù)n不是常量，雖然編譯器似乎已經(jīng)“看到”了n的值，但int array[n]要在運行時才能讀取變量n的值，所以在編譯期無法確定其空間大小。使用符號常量定義數(shù)組長度的正確形式如下：

即可根據(jù)實際的需要修改常量N的值。

由于數(shù)組元素下標(biāo)的有效范圍為0～N-1，因此data[N]是不存在的，但C語言并不檢查下標(biāo)是否越界。如果訪問了數(shù)組末端之后的元素，訪問的就是與數(shù)組不相關(guān)的內(nèi)存。它不是數(shù)組的一部分，使用它肯定會出問題。C為何允許這種情況發(fā)生呢？這要歸功于C信任程序員，因為不檢查越界可以使運行速度更快，所以編譯器沒有必要檢查所有的下標(biāo)錯誤。因為在程序運行之前，數(shù)組的下標(biāo)可能尚未確定，所以為了安全起見，編譯器必須在運行時添加額外代碼檢查數(shù)組的每個下標(biāo)值，但這樣會降低程序的運行速度。C相信程序員能編寫正確的代碼，這樣的程序運行速度更快。但并不是所有的程序員都能做到這一點，越界恰恰是初學(xué)者最容易犯的錯誤，因此要特別注意下標(biāo)的范圍不能超出合理的界限。

（3）變量的地址與類型

當(dāng)將變量data[0]、data[1]和data[2]作為&的操作數(shù)時，&data[0]是指向變量data[0]的指針，&data[1]是指向變量data[1]的指針，&data[2]是指向變量data[2]的指針。data[0]、data[1]和data[2]變量的類型為int，&data[0]、&data[1]和&data[2]指針的類型為int *const，即指向常量的指針，簡稱常量指針，其指向的值不可修改。比如：

同理，&data是指向變量data的指針，那么data是什么類型？

按照聲明變量的規(guī)約，將標(biāo)識符data取出后，剩下的“int [3]”就是data的類型，通常將其解釋為由3個int組成的數(shù)組類型，簡稱數(shù)組類型。其目的是告訴編譯器需要分配多少內(nèi)存？3個元素的整數(shù)數(shù)組，data類型測試程序詳見程序清單 1.20。

程序清單1.20data類型測試程序

通過編譯器提示的警告，“funtion: 'int' differ in levels of indirection from 'int [3]'”，說明數(shù)組變量data的類型為不是int而是int [3]數(shù)組類型。由于在設(shè)計C語言時，過多地考慮了開發(fā)編譯器的便利。雖然設(shè)計編譯器更方便了，卻因為概念的模糊給初學(xué)者造成了理解上的困難。實際上數(shù)組應(yīng)該這樣定義：

即int是與[3]結(jié)合的。&data到底是什么類型？

當(dāng)data作為&的操作數(shù)時，則&data是指向data的指針。由于data的類型為int [3]，因此&data是指向“int [3]數(shù)組類型”變量data的指針，簡稱數(shù)組指針。其類型為int (*)[3]，即指向int [2]的指針類型。為何要用“()”將“*”括起來？

如果不用括號將星號括起來，那么“int (*)[3]”就變成了“int *[3]”，而int *[3]類型名為指向int的指針的數(shù)組（元素個數(shù)3）類型，這是設(shè)計編譯器時約定的語法規(guī)則。

&data的類型到底是不是“int (*)[3]”？其驗證程序范例詳見程序清單 1.21。

程序清單1.21&data類型測試程序

通過編譯器提示的警告，“'int' differ in levels of indirection from 'int (*)[3]'”，說明&data的類型為int (*)[3]。

（4）sizeof(data)

當(dāng)data作為sizeof的操作數(shù)時，其返回的是整個數(shù)組的長度。在這里，sizeof(data)的大小為12，即3個元素占用的字節(jié)數(shù)為4×3＝12，系統(tǒng)會認(rèn)為&data+1中的“1”，偏移了一個數(shù)組的大小，因此&data +1是下一個未知的存儲空間的地址（即越界）。在小端模式下，數(shù)組在內(nèi)存中的存儲方式詳見圖 1.10。

圖1.10數(shù)組的存儲

將如何尋找相應(yīng)的數(shù)組元素呢？常用的方法是通過“數(shù)組的基地址＋偏移量”算出數(shù)組元素的地址。在這里，第一個元素&data[0]的地址稱為基地址，其偏移量就是下標(biāo)值和每個元素的大小sizeof(int)相乘。假設(shè)數(shù)組元素&data[0] 的地址為A，且在內(nèi)存中的實際地址為0x22FF74，那么&data[1]的值為：

&data[2]的值為：

實際上，當(dāng)在C語言中書寫data[i]時，C將它翻譯為一個指向int的指針。Data是指向data[0]的指針，data+i是指向data[i]的，因此不管data數(shù)組是什么類型，總有data+i等于data[i]，于是*(data+i)等于data[i]，其相應(yīng)的測試范例程序詳見程序清單 1.22。

程序清單1.22變量的地址測試程序

實踐證明，雖然&data[0]與&data的類型不一樣，但它們的值相等。同時也可以看出，數(shù)組的元素是連續(xù)存儲的。如果將數(shù)組變量占用內(nèi)存的大小除以數(shù)組變量中一個元素所占用空間的大小，便可得到數(shù)組元素的個數(shù)。即：

當(dāng)然，也可以使用宏定義計算數(shù)組元素的個數(shù)：

當(dāng)數(shù)組作為函數(shù)的參數(shù)時，C語言函數(shù)的所有參數(shù)必須在函數(shù)內(nèi)部聲明。但是，由于在函數(shù)內(nèi)部并沒有給數(shù)組分配新的存儲空間，因此一維數(shù)組的容量只在主程序中定義。顯然，如果函數(shù)需要得到一維數(shù)組的大小，則必須將它以函數(shù)參數(shù)的形式傳入函數(shù)中，或?qū)⑺鳛槿肿兞吭L問。