【C语言】—— 指针三 ： 参透数组传参的本质

一、数组名的理解

  
  如果我们想用指针来访问数组，我们可以怎么做呢？
  

int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
int* p = &arr[0];

  
  之前我们都是通过 &$arr$[0] 的方式得到数组首元素的地址，因为数组地址在内存中是连续存放的，得到首元素的地址就能访问整个数组。
  
  但其实，数组名本身就是一个地址，是数组首元素的地址，不信？我们可以通过代码来验证一下。
  

#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);return 0;
}

  
输出结果：

  
  我们发现，他们的输出结果是一样的，进行指针运算，同样是跳过了四个字节，所以数组名就是数组首元素的地址。
  
  这时，有小伙伴就要问了，那我之前用 $sizeof$ 为什么能求出整个数组的长度呢
  

#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，如果是地址的话，输出的结果应该是 4/8，为什么呢？难道前面说错了？
  
  其实数组名是地址这本身并没有错，但是有两个例外:
  

• $sizeof（数组名）$：$sizeof$ 中单独放数组名，这里的数组名就表示整个数组，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，即取出整个数组的地址（整个数组的地址和数组首元素的地址在数值上相等的，但还是有区别的，下面详解）

  除此之外，任何地方数组名就是数组首元素的地址

  下面，我们可以通过代码来比较一下
  

#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]);printf("arr       = %p\n", arr);printf("arr+1     = %p\n", arr);printf("&arr      = %p\n", &arr);printf("&arr+1    = %p\n", &arr);return 0;
}

  
输出结果：

  我们可以看到，&arr[0] 和 &arr[0]+1 相差 4 个字节，同样 $arr$ 和 $arr+1$ 也是相差 4 个字节
  
  &$arr$ 和 &$arr$[0] 及 $arr$ 在数值上相等，但 &$arr$ 和 &$arr+1$ 相差 40 个字节，这是因为 &$arr$ 取出的是整个数组的地址，+1 跳过的是整个数组，而该数组的大小为 40 个字节
  
  看到这，相信大家对数组名有了更深层次的理解了吧。
  
  

二、使用指针访问数组

2.1、指针访问数组

  
  学了前面的知识，我们就可以很方便地使用指针访问数组了：

#include<stdio.h>int main()
{int arr[10] = { 0 };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);}//for (i = 0; i < sz; i++);{printf("%d ", *(p + i));}return 0;
}

  
  上述代码弄明白后，我们不妨想，数组名是首元素的地址，可以赋值给 $p$，这里 $p$ 和 $arr$ 是等价的，我们可以用 $arr$ [ $i$ ] 来访问数组，那可不可以用 $p$ [ $i$ ] 访问数组呢？
  

#include<stdio.h>int main()
{int arr[10] = { 0 };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);}//for (i = 0; i < sz; i++);{printf("%d ", p[i]);}return 0;
}

  可以看到，是可行的，所以，本质上 $p$ [ $i$ ] 等价于 $\ast （p+i）$，同理，$arr$ [ $i$ ] 等价于 $\ast （arr+1）$
  

2.2、[ ] 的深入理解

  
  这里，我们对下标引用操作符进行更深层次的理解
  
  $\ast （arr+1）$ 由加法交换律，应该与 $\ast （i+arr）$ 等价，事实上也确实如此。这时，我们不妨做一个大胆的猜想：

• 既然 $\ast （arr+i）$等价于 $arr$ [ $i$ ]，那 $\ast （i+arr）$ 是否等价于 $i$ [ $arr$ ] 呢?
• 那这样的话， $arr$ [ $i$ ] 是不是与 $i$ [ $arr$ ] 相等呢 ？那他们四种表示是不是相等呢？
    

  
实践出真知，我们直接上代码试试：

#include<stdio.h>int main()
{int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);int i = 0;//arr[i]打印for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", arr[i]);}printf("\n");//*(arr + i)打印for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", *(arr + i));}printf("\n");//*(i + arr)打印for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", *(i + arr));}printf("\n");//i[arr]打印for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ", i[arr]);}printf("\n");return 0;
}

运行结果：

  
  可以看到，猜想是 正确 的，其实下标引用操作符 [ ] 并没有那么神秘，它仅仅只是一个操作符而已，就像 + 操作符一样，它的两个操作数可以互换位置，[] 也是如此，事实上， $arr$ [ $i$ ] 在程序运行时，编译器都会以 $\ast （arr+i）$ 的形式执行。当然，还是尽量别写成 $i$ [ $arr$ ] 的形式，这样代码可读性不高。
  

2.3、数组与指针的区别

  
  讲了这么多，大家可能对数组与指针的区别有点糊涂了吧，这里我们来理一下

• 数组就是数组，是一块连续的空间。数组的大小和数组元素类型和数组大小都有关系。
• 指针（变量）就是指针（变量），大小 4/8 字节。
• 联系：数组名是地址，是首元素地址，可使用指针访问数组

三、一维数组的传参本质

  
  在【C语言】—— 指针二 ： 初识指针（下）一文中，我曾经提到，将变量名传递给函数，是传值调用，形参仅仅是实参的一份拷贝，无法通过函数改变实参的值。
  
  而将数组名传给函数，却可以通过函数改变数组的值。这是为什么呢，想到之前学过的传址调用（详情请看【C语言】—— 指针二 ： 初识指针（下）），再结合刚刚所学到的知识：数组名是函数首元素的地址。
  
  答案就不言而喻了：数组传参，传递的是数组名，本质上传递的是数组首元素的地址。
  
  同时，形参中创建的数组不会再单独创建数组空间的，所以形参是可以省略数组大小的

  这时，我们不妨想一个问题：之前我们都是在函数外面将数组的元素个数求好，再传递给函数，我们可以把数组传递给函数后，在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;
}

  
输出结果：

  可见，函数内部并没有正确求出数组的元素个数
  
  为什么呢？因为数组传参时，传递的是数组首元素的指针，虽然函数中 $sizeof（arr）$的 $arr$ 是单独放在 $sizeof$ 中的，但前面函数传参时，$arr$ 为指针，函数将 $arr$ 当做指针变量来接收，所以这里的 $arr$ 也被认为是指针，大小为 4/8，所以最终结果为 1/2。
  
  所以在函数内部是无法求出数组元素个数的
  

#include<stdio.h>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，当然，数组的形式本质上还是指针。
  
  

四、数组指针变量

4.1、数组指针变量是什么

  
  数组指针变量是什么，之前我们学过指针数组（详情请看【C语言】—— 指针二 ： 初识指针（下）），指针数组是一种数组，存放的是指针变量。
  
  那么数组指针呢？是数组还是变量？
  
  前面，我们学习过：整形指针变量 $int$$\ast$，存放的是整形变量的地址，能够指向整形数据的指针字符指针变量 $char$$\ast$，存放字符形变量的地址，能够指向字符型数据的指针。
  
所以，数组指针变量应该是： 存放的是数组的地址，能够指向数组的指针变量
  
下面代码哪个是数组指针变量:

int* p1[10];
int (*p2)[10];

  分析之前，我们先要知道： [ ] 的优先级比 $\ast$ 高
 
  第一个， $p$ 先与 [ ] 结合，表示是一个数组，剩下的 $int$$\ast$ 表示数组存放的元素是 $int$$\ast$，为指针数组。
 
  第二个，由于有（），$p$ 先与 $\ast$ 结合，表示是一个指针变量，然后指针指向的是大小为 10 个整型的数组。$p$ 是一个指针，指向一个数组，为数组指针变量。
  

4.2、 数组指针的初始化

 
  数组指针变量是用来存放数组的地址的，那怎么获得数组的地址呢，这时就需要用到前面学的 &数组名 了
  

int arr[10] = { 10 };
&arr;//得到的是数组的地址

  
  如果要存放数组的地址，就得存放在数组指针变量中
  

int(*p)[10] = &arr;

注：下标引用操作符 [ ] 中 10 不能省略，同时，要匹配得上。
  
  
数组指针类型解析：

五、二维数组传参的本质

  
  有了前面对数组指针的了解，我们就可以了解二维数组传参的本质了。
 
  过去，我们想传递二维数组时，可以这样写
  

#include<stdio.h>void test(int a[3][5], int r, int c)
{int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < r; i++){for (j = 0; j < c; j++){printf("%d ", a[i][j]);}printf("\n");}
}
int main()
{int arr[3][5] = { {1,2,3,4,5},{2,3,4,5,6},{3,4,5,6,7} };test(arr, 3, 5);return 0;
}

  这里，实参是二维数组，形参也是二维数组的形式，那还有什么其他方法吗。
  
  我们可以类比一下一维数组。对一维数组来说，除了可以传递一维数组的形式，还可以传递数组名，即首元素地址，那二维数组可不可以也传递数组名呢？
  
  答案是 肯定 的，二维数组的数组名也是首元素的地址，但这之前，我们需再次理解二维数组：
  
  二维数组可以看做每个元素是一维数组的数组，即二维数组每个元素是一维数组，那么二维数组的首元素就是第一行，即第一个一维数组。
  
  所以，根据数组名就是数组首元素的地址这个规则，二维数组数组名是第一个一维数组的地址，其类型为 $int[5]$ 。这样，在函数接收参数时，接收的是数组地址，所以形参应该为数组指针变量，类型为 $int（\ast ）[5]$.
  
  二维数组传参本质上也是传递地址，传递的是第一行这个一维数组的地址
  

#include<stdio.h>void test(int(*p)[5], int r, int c)
{int i = 0;int j = 0;for (i = 0; i < r; i++){for (j = 0; j < c; j++){printf("%d ", *(*(p + i) + j));}printf("\n");}
}
int main()
{int arr[3][5] = { {1,2,3,4,5},{2,3,4,5,6},{3,4,5,6,7} };test(arr, 3, 5);return 0;
}

  总结：二维数组传参，形参部分可写成数组形式，也可以写成指针形式。