系统性学习C语言-第十三讲-深入理解指针（3）
- 1. 数组名的理解
- 2. 使用指针访问数组
- 3. ⼀维数组传参的本质
- 4. 冒泡排序
- 5. ⼆级指针
- 6. 指针数组
- 7. 指针数组模拟二维数组
1. 数组名的理解
在上⼀个章节我们在使用指针访问数组的内容时，有这样的代码：
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int* p = &arr[0];
这⾥我们使用 &arr[0] 的⽅式拿到了数组第⼀个元素的地址，但是其实数组名本来就是地址，⽽且是数组首元素的地址，
我们来做个测试。
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
printf("arr = %p\n", arr);
return 0;
}
输出结果：
我们发现数组名和数组首元素的地址打印出的结果⼀模⼀样，数组名就是数组首元素（第⼀个元素）的地址。
这时候有同学会有疑问？数组名如果是数组首元素的地址，那下面的代码怎么理解呢？
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
printf("%d\n", sizeof(arr));
return 0;
}
输出的结果是：40，如果 arr 是数组首元素的地址，那输出应该的地址的字节数大小 4或者8 才对。
其实数组名就是数组首元素（第⼀个元素）的地址是对的，但是有两个例外：
-
sizeof(数组名)，sizeof中单独放数组名，这里的数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节 -
&数组名，这里的数组名表示整个数组，取出的是整个数组的地址（整个数组的地址和数组⾸元素的地址是有区别的）
除此之外，任何地方使用数组名，数组名都表示首元素的地址。
这时有好奇的同学，再试⼀下这个代码：
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
printf("arr = %p\n", arr);
printf("&arr = %p\n", &arr);
return 0;
}
会发现打印的结果都为同样的地址。
那是否代表 arr 和 &arr 没有区别呢？，下面这组代码会告诉我们答案。
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
printf("&arr[0] = %p\n", &arr[0]);
printf("&arr[0]+1 = %p\n", &arr[0]+1);
printf("arr = %p\n", arr);
printf("arr+1 = %p\n", arr+1);
printf("&arr = %p\n", &arr);
printf("&arr+1 = %p\n", &arr+1);
return 0;
}
这里我们发现 &arr[0] 和 &arr[0]+1 相差 4 个字节，arr 和 arr+1 相差4个字节，
是因为 &arr[0] 和 arr 都是首元素的地址，+1 就是跳过⼀个元素。
但是 &arr 和 &arr+1 相差 40 个字节，这就是因为 &arr 是数组的地址，+1 操作是跳过整个数组的。
到这里大家应该搞清楚数组名的意义了吧。
2. 使用指针访问数组
有了前面知识的支持，再结合数组的特点，我们就可以很方便的使用指针访问数组了。
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = {0};
//输⼊
int i = 0;
int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
//输⼊
int* p = arr; //获取数组首元素地址
for(i=0; i<sz; i++)
{
scanf("%d", p+i); //指针加整数，得到元素地址
//scanf("%d", arr+i);//也可以这样写
}
//输出
for(i=0; i<sz; i++)
{
printf("%d ", *(p+i));
}
return 0;
}
在这个代码中，通过变量 p 来获取数组的首元素地址，通过指针加整数的形式，得到了数组所有元素的地址，输入参数。
在输出的部分也进行了同样的操作，运用指针加整数，展示了数组的所有元素。
通过分析过程得知 ，数组名 arr 是数组首元素的地址，赋值给 p ，所以数组名 arr 和 p 在这里是等价的。
那我们可以使用 arr[i] 可以访问数组的元素，那 p[i] 是否也可以访问数组呢？
写代码测试一下。
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr[10] = {0};
//输⼊
int i = 0;
int sz = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
//输⼊
int* p = arr;
for(i=0; i<sz; i++)
{
scanf("%d", p+i);
//scanf("%d", arr+i);//也可以这样写
}
//输出
for(i=0; i<sz; i++)
{
printf("%d ", p[i]);
}
return 0;
}
在输出部分将 p[i] 换成 *(p+i) 也是能够正常打印的，所以本质上 p[i] 是等价于 *(p+i) 。
同理 arr[i] 应该等价于 *(arr+i) ，数组元素的访问在编译器处理的时候，也是转换成首元素的地址 + 偏移量求出元素的地址，
然后解引用来访问的。
3. ⼀维数组传参的本质
数组我们学过了，之前也讲了，数组是可以传递给函数的，这个小节我们讨论⼀下数组传参的本质。
首先从⼀个问题开始，我们之前都是在函数外部计算数组的元素个数，
那我们可以把数组传给⼀个函数后，函数内部求数组的元素个数吗？
#include <stdio.h>
void test(int arr[])
{
int sz2 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
printf("sz2 = %d\n", sz2);
}
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int sz1 = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);
printf("sz1 = %d\n", sz1);
test(arr);
return 0;
}
输出的结果：
我们发现在函数内部是没有正确获得数组的元素个数。
这就要学习数组传参的本质了，上个小节我们学习了：数组名是数组首元素的地址；
那么在数组传参的时候，传递的是数组名，也就是说本质上数组传参传递的是数组首元素的地址。
所以函数形参的部分理论上应该使用指针变量来接收首元素的地址。
那么在函数内部我们写 sizeof(arr) 计算的是⼀个地址的大小（单位字节）而不是数组的大小（单位字节）。
正是因为函数的参数部分是本质是指针，所以在函数内部是没办法求的数组元素个数的。
void test(int arr[])//参数写成数组形式，本质上还是指针
{
printf("%d\n", sizeof(arr));
}
void test(int* arr)//参数写成指针形式
{
printf("%d\n", sizeof(arr));//计算⼀个指针变量的⼤⼩
}
int main()
{
int arr[10] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
test(arr);
return 0;
}
总结：
⼀维数组传参，形参的部分可以写成数组的形式，也可以写成指针的形式。
4. 冒泡排序
对于指针的理解加深后，我们来学习一种对乱序数组的排序方法，冒泡排序
冒泡排序的核心思想就是：两两相邻的元素进行比较。
我们先给出冒泡排序升序实现参考代码，再对代码的实现思路进行讲解。
#include <stdio.h>
void bubble_sort(int arr[], int sz)
{
for (int i = 0; i < sz - 1; i++) //记录已经被排序好元素的个数
{
for (int j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
{
if (arr[j] > arr[j + 1]) //若相邻元素大，则向后放置
{
int tmp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = tmp;
}
}
}
}
int main()
{
int arr[] = { 3,1,7,5,8,9,0,2,4,6 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
bubble_sort(arr, sz);
int i = 0;
for (i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}
1 . 函数参数部分
对于冒泡排序我们要传入的参数有数组，与数组元素的个数，这是因为在函数中我们无法计算数组的元素个数，所以需要作为参数传入。
2 . 函数主题实现思路
冒泡排序升序的核心思想就是不断对相邻的数组元素进行比较，将较大的向后移动，那么在我们最终肯定会将数组中最大的元素，
放置在数组的最后面，最终这个最大的数到了它按照升序排列应该在的位置上，这个数将不会再参与排序，因为它已经被正确放置，
所以我们需要一层循环，来记录我们的排列次数，循环每进行一次，被排列的数组中，我们就已经正确放置了一个数，
数组中有 10 个数，我们就要循环 9 次，有 n 个数，我们就要循环 n - 1 次，所以第一层循环的限制条件就可以的处，为 sz - 1
我们还要一层循环来实现排序，所以要用到二层循环，这层循环中，我们每次都从数组的起点开始排列，
但数组中可能已经有被排序好的元素，所以我们要减去这些被排列好元素的个数，避免多余的排列，我们设第一层循环的限制变量为 i
那么第二层的循环的限制条件就为 sz - 1 - i ，最后在第二层循环中实现，将相邻元素较大的那个向后移动即可。
3 . 函数的返回部分
此函数在函数中对数组进行操作，无需返回任何数据，所以返回类型为 void 。
改良：
但现版本的代码会有一定缺陷，若我们传入的是已经被排序好的升序数组，那么函数还是会对其进行操作，进行无效的排序。
最后返回的还是一样的数组，浪费了时间，浪费了资源。所以我们希望，在数组是一个已排序数组时，我们直接退出函数，不进行操作。
void bubble_sort(int arr[], int sz)
{
for (int i = 0; i < sz - 1; i++)
{
int flag = 1;//假设这⼀趟已经有序了
for (int j = 0; j < sz - 1 - i; j++)
{
if (arr[j] > arr[j + 1])
{
flag = 0;//发⽣交换就说明，⽆序
int tmp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = tmp;
}
}
if (flag == 1)//这⼀趟没交换就说明已经有序，后续⽆序排序了
break;
}
}
int main()
{
int arr[] = { 3,1,7,5,8,9,0,2,4,6 };
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
bubble_sort(arr, sz);
int i = 0;
for (i = 0; i < sz; i++)
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}
我们在一层循环中定义一个变量，二层循环中，如果发生了交换行为，我们便改变这个定义的变量，
在二层循环结束后，我们再对这个变量进行判断，若这个变量没有改变，则说明没有发生任何的交换行为，数组已被排序，
此时就可退出循环。
5. ⼆级指针
指针变量也是变量，是变量就有地址，那指针变量的地址存放在哪里？
存放在二级指针中。
对于⼆级指针的运算有：
*ppa通过对ppa中的地址进⾏解引⽤，这样找到的是pa，*ppa其实访问的就是pa。
int a = 20;
*ppa = &a;//等价于 pa = &a
**ppa先通过*ppa找到pa，然后对pa进⾏解引⽤操作：*pa，那找到的是a。
**ppa = 30;
//等价于*pa = 30;
//等价于a = 30;
6. 指针数组
指针数组是指针还是数组？
我们类比⼀下，整型数组，是存放整型的数组，字符数组是存放字符的数组。
那指针数组呢？是存放指针的数组。
普通数组：
指针数组的每个元素都是用来存放地址（指针）的。
如下图：
指针数组的每个元素是地址，⼜可以指向⼀块区域。
7. 指针数组模拟二维数组
#include <stdio.h>
int main()
{
int arr1[] = {1,2,3,4,5};
int arr2[] = {2,3,4,5,6};
int arr3[] = {3,4,5,6,7};
//数组名是数组⾸元素的地址，类型是int*的，就可以存放在parr数组中
int* parr[3] = {arr1, arr2, arr3};
int i = 0;
int j = 0;
for(i=0; i<3; i++)
{
for(j=0; j<5; j++)
{
printf("%d ", parr[i][j]);
}
printf("\n");
}
return 0;
}
在代码中，我们将数组的首元素地址作为元素存入指针数组中。
parr[i] 是访问 parr 数组的元素，parr[i] 找到的数组元素指向了整型⼀维数组，parr[i][j] 就是整型一维数组中的元素。
上述的代码模拟出二维数组的效果，实际上并非完全是二维数组，因为每一行并非是连续的。
到此，第十三讲 - 深入理解指针（3）部分的内容到此结束
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