【C进阶】28、指针和数组分析

Summary

1）数组是一段连续的内存空间，数组的元素个数为 #define DIM(a) (sizeof(a) / sizeof(*a))

2）指针是一种特殊的变量，与整数的运算规则为：
p + n; <--> (unsigned int)p + n * sizeof(*p)
当指针p指向一个数组里的元素时，p + 1将指向当前元素的下一元素；p - 1将指向当前元素的上一元素。

3）指针之间只支持减法运算；参与减法运算的指针必须类型相同：
注意：只有当2个指针指向同一个数组中的元素时，指针相减才有意义，意义为指针所指元素的下标差；当2个指针指向的元素不在同一个数组时，未定义。
p1 - p2; <--> ((unsigned int)p1 - (unsigned int)p2) / sizeof(type);

4）char* pEnd = s + DIM(s); pEnd指向了数组s中最后一个元素的后一位置，虽然这个位置不属于数组，但在C语言中，仍然认为这个边界位置是属于数组的，这个知识点在STL中也有应用。

5）指针也可以进行关系运算（<, <=, >, >=），但前提是同时指向同一个数组中的元素；
两个指针间可以进行比较运算（==，!=），但两个指针的类型必须相同；

6）for (p = pBegin; p < pEnd; p++) ，p指向了数组的首元素，pEnd在C语言中被认为是数组的元素，所以p和pEnd都指向了同一个数组里的元素，类型相同，能够进行比较。

指针和数组分析

数组是一段连续的内存空间
数组的空间大小为 sizeof(arr_type) * arr_size
数组名可看做指向数组第一个元素的指针常量

1、指针的运算

问题：对于数组int a[5]，a + 1的意义是什么？结果是什么？指针运算的意义是什么，结果又是什么？

结论：
指针是一种特殊的变量，与整数的运算规则为：
p + n; <--> (unsigned int)p + n * sizeof(*p)
当指针p指向一个数组里的元素时，p + 1将指向当前元素的下一元素；p - 1将指向当前元素的上一元素。

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a[5] = {0};
    int* p = NULL;
    
    printf("a = 0x%X\n", (unsigned int)(a));
    printf("a = 0x%X\n", (unsigned int)(a + 1));
    
    printf("p = 0x%X\n", (unsigned int)(p));
    printf("p = 0x%X\n", (unsigned int)(p + 1));
    
    return 0;
}

输出：
a = 0xBFCEEF78
a = 0xBFCEEF7C
p = 0x0
p = 0x4

指针之间只支持减法运算；参与减法运算的指针必须类型相同：
p1 - p2; <--> ((unsigned int)p1 - (unsigned int)p2) / sizeof(type);
注意：只有当2个指针指向同一个数组中的元素时，指针相减才有意义，意义为指针所指元素的下标差；当2个指针指向的元素不在同一个数组时，未定义

#include <stdio.h>

int main()
{
    char s1[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    char s2[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};    
    char* p0 = s1;
    char* p1 = &s1[3];
    char* p2 = s2;
    int i = 0;
    int* p = &i;
    
    
    printf("%d\n", p0 - p1);    // 下标差：-3
    printf("%d\n", p0 + p2);    // error
    printf("%d\n", p0 - p2);    // undefined behavior
    printf("%d\n", p0 - p);     // error
    printf("%d\n", p0 * p2);    // error
    printf("%d\n", p0 / p1);    // error
    
    return 0;
}
输出：（指针之间的+ * / 都不允许，不同类型指针的减法运算也不允许）
test.c:17: error: invalid operands to binary + (have ‘char *’ and ‘char *’)
test.c:19: error: invalid operands to binary - (have ‘char *’ and ‘int *’)
test.c:20: error: invalid operands to binary * (have ‘char *’ and ‘char *’)
test.c:21: error: invalid operands to binary / (have ‘char *’ and ‘char *’)

p0 - p2的输出为5，但并不知道这是什么意思

#include <stdio.h>

// 计算数组的大小
#define DIM(a) (sizeof(a) / sizeof(*a))      

int main()
{
    int s1[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    int s2[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};    
    int* p0 = s1;
    int* p1 = &s1[3];
    printf("p1 - p0 = %d\n\n", p1 - p0);        // 3


    char s[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
    char* pBegin = s;
    char* pEnd = s + DIM(s);
    char* p = NULL;
    
    
    printf("pBegin = %p\n", pBegin);
    printf("pEnd = %p\n", pEnd);
    
    printf("Size: %d\n", pEnd - pBegin);    // 5
    
    for (p = pBegin; p < pEnd; p++)         // 指针比较，指针运算
    {
        printf("%C", *p);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

输出：
p1 - p0 = 3

pBegin = 0xbf9ff2a7
pEnd = 0xbf9ff2ac
Size: 5
Hello

分析：

• char* pEnd = s + DIM(s); pEnd指向了数组s中最后一个元素的后一位置，虽然这个位置不属于数组，但在C语言中，仍然认为这个边界位置是属于数组的，这个知识点在STL中也有应用。
• for (p = pBegin; p < pEnd; p++) ，p指向了数组的首元素，pEnd在C语言中被认为是数组的元素，所以p和pEnd都指向了同一个数组里的元素，类型相同，能够进行比较。

2、指针的比较

指针也可以进行关系运算（<, <=, >, >=），但前提是同时指向同一个数组中的元素；
两个指针间可以进行比较运算（==，!=），但两个指针的类型必须相同；

#include <stdio.h>   

int main()
{
    int a[5] = {0};
    int* p0 = a;
    int* p1 = &a[1];
    char* p2;
    
    
    printf("%d\n", p1 < p0);    // ok, 0
    printf("%d\n", p1 < p2);    // undefined    

    printf("%d\n", p1 != p0);   // ok, 1 
    printf("%d\n", p1 == p2);   // undefined
    
    return 0;
}

以上代码在编译时已经warning：
test.c:14: warning: comparison of distinct pointer types lacks a cast
test.c:17: warning: comparison of distinct pointer types lacks a cast

本文总结自“狄泰软件学院”唐佐林老师《C语言进阶课程》。
如有错漏之处，恳请指正。