C语言中的指针与数组

指针与一维数组
     假设我们定义一个一维数组，该数组在内存会有系统分配的一个存储空间，其数组的名字就是数组在内存的首地址。若再定义一个指针变量，并将数组的首址传给指针变量，则该指针就指向了这个一维数组。我们说数组名是数组的首地址，也就是数组的指针。而定义的指针变量就是指向该数组的指针变量。对一维数组的引用，既可以用传统的数组元素的下标法，也可使用指针的表示方法。
inta[10],*ptr;/*定义数组与指针变量*/
做赋值操作：ptr=a;或ptr=&a[0];
则ptr就得到了数组的首址。其中，a是数组的首地址，&a[0]是数组元素a[0]的地址，由于a[0]的地址就是数组的首地址，所以，两条赋值操作效果完全相同。指针变量ptr就是指向数组a的指针变量。
若ptr指向了一维数组，现在看一下C规定指针对数组的表示方法：
1)ptr+n与a+n表示数组元素a[n]的地址，即&a[n]。对整个a数组来说，共有10个元素，n的取值为0～9，则数组元素的地址就可以表示为ptr+0～ptr+9或a+0～a+9，与&a[0]～&a[9]保持一致。
2)知道了数组元素的地址表示方法，*(ptr+n)和*(a+n）就表示为数组的各元素即等效于a[n]。
3)指向数组的指针变量也可用数组的下标形式表示为ptr[n]，其效果相当于*(ptr+n)。

[例6-5]/*以下标法输入输出数组各元素。
下面从键盘输入10个数，以数组的不同引用形式输出数组各元素的值。
#include<stdio.h>
main()
{
intn,a[10],*ptr=a;
for(n=0;n<=9;n++)
scanf("%d",&a[n]);
printf("1------output!\n");
for(n=0;n<=9;n++)
printf("%4d",a[n]);
printf("\n");
}
运行程序：
RUN
1234567890¿
1------output!
1234567890

[例6-6]采用指针变量表示的地址法输入输出数组各元素。
#include<stdio.h>
main()
{
int n,a[10],*ptr=a;/*定义时对指针变量初始化*/
for(n=0;n<=9;n++)
scanf("%d",ptr+n);
print f("2------output!\n");
for(n=0;n<=9;n++)
print f("%4d",*(ptr+n));
print f("\n");
}
运行程序：
RUN
1234567890¿
2------output!
1234567890

[例6-7]采用数组名表示的地址法输入输出数组各元素。
main()
{
int n,a[10],*ptr=a;
for(n=0;n<=9;n++)
scanf("%d",a+n);
print f("3------output!\n");
for(n=0;n<=9;n++)
print f("%4d",*(a+n));
print f("\n");
}
运行程序：
RUN
1234567890¿
3------output!
1234567890

[例6-8]用指针表示的下标法输入输出数组各元素。
main()
{
int n,a[10],*ptr=a;
for(n=0;n<=9;n++)
scanf("%d",&ptr[n]);
print f("4------output!\n");
for(n=0;n<=9;n++)
print f("%4d",ptr[n]);
print f("\n");
}
运行程序：
RUN
1234567890
4----output!
1234567890

[例6-9]利用指针法输入输出数组各元素。
main()
{
int n,a[10],*ptr=a;
for(n=0;n<=9;n++)
scanf("%d",ptr++);
print f("5------output!\n");
ptr=a;/*指针变量重新指向数组首址*/
for(n=0;n<=9;n++)
print f("%4d",*ptr++);
print f("\n");
}
运行程序：
RUN
1234567890¿
5-----output!
1234567890
     在程序中要注意*ptr++所表示的含义。*ptr表示指针所指向的变量；ptr++表示指针所指向的变量地址加1个变量所占字节数，具体地说，若指向整型变量，则指针值加2，若指向实型，则加4，依此类推。而print f(“%4d”,*ptr++)中，*ptr++所起作用为先输出指针指向的变量的值，然后指针变量加1。循环结束后，指针变量指向如图6-6所示：

指针变量的值在循环结束后，指向数组的尾部的后面。假设元素a[9]的地址为1000,整型占2字节，则ptr的值就为1002。请思考下面的程序段：
main()
{
int n,a[10],*ptr=a;
for(n=0;n<=9;n++)
scanf("%d",ptr++);
print f("4------output!\n");
for(n=0;n<=9;n++)
print f("%4d",*ptr++);
print f("\n");
}
程序与例6-9相比，只少了赋值语句ptr=a；程序的运行结果还相同吗？

指针与二维数组

定义一个二维数组：
inta[3][4];
表示二维数组有三行四列共12个元素，在内存中按行存放，存放形式为图6-7：
其中a是二维数组的首地址，&a[0][0]既可以看作数组0行0列的首地址，同样还可以看作是二维数组的首地址，a[0]是第0行的首地址，当然也是数组的首地址。同理a[n]就是第n行的首址；&a[n][m]就是数组元素a[n][m]的地址。
既然二维数组每行的首地址都可以用a[n]来表示，我们就可以把二维数组看成是由n行一维数组构成，将每行的首地址传递给指针变量，行中的其余元素均可以由指针来表示。下面的图6-8给出了指针与二维数组的关系：
我们定义的二维数组其元素类型为整型，每个元素在内存占两个字节，若假定二维数组从1000单元开始存放，则以按行存放的原则，数组元素在内存的存放地址为1000～1022。
用地址法来表示数组各元素的地址。对元素a[1][2]，&a[1][2]是其地址，a[1]+2也是其地址。分析a[1]+1与a[1]+2的地址关系，它们地址的差并非整数1，而是一个数组元素的所占位置2，原因是每个数组元素占两个字节。
对0行首地址与1行首地址a与a+1来说，地址的差同样也并非整数1，是一行，四个元素占的字节数8。
由于数组元素在内存的连续存放。给指向整型变量的指针传递数组的首地址，则该指针指向二维数组。
int *ptr,a[3][4]；
若赋值：ptr=a；则用ptr++就能访问数组的各元素。
[例6-10]用地址法输入输出二维数组各元素。
#include<stdio.h>
main()
{
int a[3][4];
int i,j;
for(i=0;i<3;i++)
for(j=0;j<4;j++)
scanf("%d",a[i]+j);/*地址法*/
for(i=0;i<3;i++)
{
for(j=0;j<4;j++)
printf("%4d",*(a[i]+j));/**(a[i]+是j地)址法所表示的数组元素*/
printf("\n");
}
}
运行程序：
RUN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
[例6-11]用指针法输入输出二维数组各元素。
#include<stdio.h>
main()
{
int a[3][4],*ptr;
int i,j;
ptr=a[0];
for(i=0;i<3;i++)
for(j=0;j<4;j++)
scanf("%d",ptr++);/*指针的表示方法*/
ptr=a[0];
for(i=0;i<3;i++)
{
for(j=0;j<4;j++)
printf("%4d",*ptr++);
printf("\n");
}
}
运行程序：
RUN
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4

数组指针作函数的参数
学习了指向一维和二维数组指针变量的定义和正确引用后，我们现在学习用指针变量作
函数的参数。
[例6-12] 调用子程序，实现求解一维数组中的最大元素。
我们首先假设一维数组中下标为0的元素是最大和用指针变量指向该元素。后续元素与该
元素一一比较，若找到更大的元素，就替换。子程序的形式参数为一维数组，实际参数是指
向一维数组的指针。
# include <stdio.h>
m a i n ( )
{
int sub_max(); / * 函数声明* /
int n,a[10],*ptr=a; / *定义变量，并使指针指向数组* /
int max;
f o r ( n = 0 ; n < = i - 1 ; n + + ) / *输入数据* /
s c a n f ( " % d " , & a [ n ] ) ;
m a x = s u b _ m a x ( p t r , 1 0 ) ; / * 函数调用，其实参是指针* /
p r i n t f ( " m a x = % d \ n " , m a x ) ;
}
int sub_max(b,i) / * 函数定义，其形参为数组* /
int b[],i;
{
int temp,j;
t e m p = b [ 0 ] ;
f o r ( j = 1 ; j < = 9 ; j + + )
if(temp<b[j]) temp=b[j];
return temp;
}
程序的m a i n ( )函数部分，定义数组a 共有1 0个元素，由于将其首地址传给了p t r，则指针
变量ptr 就指向了数组，调用子程序，再将此地址传递给子程序的形式参数b，这样一来，b
数组在内存与a 数组具有相同地址，即在内存完全重合。在子程序中对数组b 的操作，与操
作数组a 意义相同。其内存中虚实结合的示意如图6 - 9所示。
m a i n ( )函数完成数据的输入，调用子程序并输出运行结果。s u b _ m a x ( )函数完成对数组元
素找最大的过程。在子程序内数组元素的表示采用下标法。运行程序：
R U N
1 3 5 7 9 2 4 6 8 0
m a x = 9
[例6-13] 上述程序也可采用指针变量作子程序的形式参数。
# include <stdio.h>
m a i n ( )
{
int sub_max();
int n,a[10],*ptr=a;
int max;
f o r ( n = 0 ; n < = 9 ; n + + )
s c a n f ( " % d " , & a [ n ] ) ;
m a x = s u b _ m a x ( p t r , 1 0 ) ;
p r i n t f ( " m a x = % d \ n " , m a x ) ;
}
int sub_max(b,i) / *形式参数为指针变量* /
int *b,i;
{
int temp,j;
t e m p = b [ 0 ] ; / *数组元素指针的下标法表示* /
f o r ( j = 1 ; j < = i - 1 ; j + + )
if(temp<b[j]) temp=b[j];
return temp;
}
在子程序中，形式参数是指针，调用程序的实际参数p t r为指向一维数组a的指针，虚实结
合，子程序的形式参数b得到p t r的值，指向了内存的一维数组。数组元素采用下标法表示，即
一维数组的头指针为b，数组元素可以用b [ j ]表示。其内存中虚实参数的结合如图6 - 1 0所示。
运行程序：
R U N
1 3 5 7 9 2 4 6 8 0¿
m a x = 9
[例6-14] 上述程序的子程序中，数组元素还可以用指针表示。
# include <stdio.h>
m a i n ( )
{
int sub_max();
int n,a[10],*ptr=a;
int max;
f o r ( n = 0 ; n < = 9 ; n + + )
s c a n f ( " % d " , & a [ n ] ) ;
m a x = s u b _ m a x ( p t r , 1 0 ) ;
p r i n t f ( " m a x = % d \ n " , m a x ) ;
}
int sub_max(b,i)/ *子程序定义* /
int *b,i;
{
int temp,j;
t e m p = * b + + ;
f o r ( j = 1 ; j < = i - 1 ; j + + )
if(temp<*b) temp=*b++;
return temp;
}

在程序中，赋值语句t e m p = * b + +；可以分解为：t e m p = * b；b + +；两句，先作t e m p = * b；后
作b + +；程序的运行结果与上述完全相同。
对上面的程序作修改，在子程序中不仅找最大元素，同时还要将元素的下标记录下来。
# include <stdio.h>
m a i n ( )
{
int *max();/* 函数声明* /
int n,a[10],*s,i;
f o r ( i = 0 ; i < 1 0 ; i + + ) / * 输入数据* /
scanf("%d",a+i);
s = m a x ( a , 1 0 ) ; / *函数调用* /
p r i n t f ( " m a x = % d , i n d e x = % d \ n " , * s , s - a ) ;
}
int *max(a,n) / *定义返回指针的函数* /
int *a,n;
{
int *p,*t; / * p 用于跟踪数组，t用于记录最大值元素的地址* /
f o r ( p = a , t = a ; p - a < n ; p + + )
if(*p>*t) t=p;
return t;
}
在m a x（）函数中，用p - a < n来控制循环结束， a是数组首地址， p用于跟踪数组元素的地址，p - a正好是所跟踪元素相对数组头的距离，或者说是所跟踪元素相对数组头的元素个数，所以在m a i n ( )中，最大元素的下标就是该元素的地址与数组头的差，即s - a。运行程序：
R U N
1 3 5 7 9 2 4 6 8 0¿
m a x = 9 , i n d e x = 4
[例6-15] 用指向数组的指针变量实现一维数组的由小到大的冒泡排序。编写三个函数用于输入数据、数据排序、数据输出。
在第5章的例题中，我们介绍过选择法排序及算法，此例再介绍冒泡排序算法。为了将一组n个无序的数整理成由小到大的顺序，将其放入一维数组a [ 0 ]、a [ 1 ]. . .a [ n - 1 ]。冒泡算法如下：
（开序）
① 相邻的数组元素依次进行两两比较，即a [ 0 ]与a [ 1 ]比、a [ 1 ]与a [ 2 ]比. . . a [ n - 2 ]与a [ n - 1 ]比，通过交换保证数组的相邻两个元素前者小，后者大。此次完全的两两比较，能免实现a [ n - 1 ]成为数组中最大。
② 余下n - 1个元素，按照上述原则进行完全两两比较，使a [ n - 2 ]成为余下n - 1个元素中最大。
③ 进行共计n - 1趟完全的两两比较，使全部数据整理有序。
下面给出一趟排序的处理过程：

4个元素进行3次两两比较，得到一个最大元素。若相邻元素表示为a [ j ]和a [ j + 1 ]，用指针
变量P指向数组，则相邻元素表示为* ( P + j )和* ( P + j + 1 )程序实现如下：
# include<stdio.h>
#define N 10
m a i n ( )
{
void input(); / *函数声明* /
void sort();
void output();
int a[N],*p; / *定义一维数组和指针变量* /
i n p u t ( a , N ) ; / *数据输入函数调用，实参a是数组名* /
p = a ; / *指针变量指向数组的首地址* /
s o r t ( p , N ) ; / *排序，实参p是指针变量* /
o u t p u t ( p , N ) ; / *输出，实参p是指针变量* /
}
void input(arr,n) / *无需返回值的输入数据函数定义,形参a r r 是数组* /
int arr[],n;
{
int i;
printf("input data:\n");
for ( i = 0 ; i < n ; i + + ) / *采用传统的下标法*/
s c a n f ( " % d " , & a r r [ i ] ) ;
}
void sort(ptr,n) / *冒泡排序，形参ptr 是指针变量* /
int *ptr,n;
{
int i,j,t;
for ( i = 0 ; i < n - 1 ; i + + )
for ( j = 0 ; j < n - 1 - i ; j + + )
if (*(ptr+j)>*(ptr+j+1))/相*临两个元素进行比较*/
{
t = * ( ptr + j ) ; / *两个元素进行交换* /
* ( ptr + j ) = * ( ptr + j + 1 ) ;
* ( ptr + j + 1 ) = t ;
}
}
void output(arr,n) / *数据输出* /
int arr[],n;
{
int i,*ptr=arr; / *利用指针指向数组的首地址* /
printf("output data:\n");
for ( ; ptr - a r r < n ; ptr + + ) / *输出数组的n个元素* /
printf ( " % 4 d " , * ptr ) ;
printf ( " \ n " ) ;
}

由于C程序的函数调用是采用传值调用，即实际参数与形式参数相结合时，实参将值传给形式参数，所以当我们利用函数来处理数组时，如果需要对数组在子程序中修改，只能传递数组的地址，进行传地址的调用，在内存相同的地址区间进行数据的修改。在实际的应用中，
如果需要利用子程序对数组进行处理，函数的调用利用指向数组（一维或多维）的指针作参数，无论是实参还是形参共有下面四种情况：

我们知道，二维数组在内存中是按行存放，假定我们定义二维数组和指针如下：
int a[3][4]，* p = a [ 0 ] ;
则指针p就指向二维数组。其在内存的存放情况如图6 - 11所示。

从上述存放情况来看，若把二维数组的首地址传递给指针p，则映射过程如图6 - 11
所示。我们只要找到用p所表示的一维数组中最大的元素及下标，就可转换为在二维数组中的
行列数。
# include<stdio.h>
m a i n ( )
{
int a[3][4],*ptr,i,j,max,maxi,maxj;
/ * m a x 是数组的最大， m a x i 是最大元素所在行， m a x j 是最大元素所在列* /
f o r ( i = 0 ; i < 3 ; i + + )
f o r ( j = 0 ; j < 4 ; j + + )
s c a n f ( " % d " , & a [ i ] [ j ] ) ;
p t r = a [ 0 ] ; / * 将二维数组的首地址传递给指针变量* /
m a x _ a r r ( p t r , & m a x , & m a x i , 1 2 ) ;
m a x j = m a x i % 4 ; / * 每行有四个元素，求该元素所在列* /
m a x i = m a x i / 4 ; / * 求该元素所在行* /
printf("max=%d,maxi=%d,maxj=%d",max,maxi,maxj);
}
int max_arr(b,p1,p2,n)
int *b,*p1,*p2,n;
/ * b 指向二维数组的指针， p 1指向最大值，p 2 指向最大值在一维数组中的位置， * /
/ * n 是数组的大小* /
{
int i;
*p1=b[0]; *p1=0;
f o r ( i = 1 ; i < n ; i + + ) / * 找最大* /
if (b[i]>*p1) {*p1=b[i]; *p2=i;}
}
运行程序：
 
void input(arr,n) / *无需返回值的输入数据函数定义,形参a r r 是数组* /
int arr[],n;
{
int i;
printf("input data:\n");
for ( i = 0 ; i < n ; i + + ) / *采用传统的下标法*/
s c a n f ( " % d " , & a r r [ i ] ) ;
}
void sort(ptr,n) / *冒泡排序，形参ptr 是指针变量* /
int *ptr,n;
{
int i,j,t;
for ( i = 0 ; i < n - 1 ; i + + )
for ( j = 0 ; j < n - 1 - i ; j + + )
if (*(ptr+j)>*(ptr+j+1))/相*临两个元素进行比较*/
{
t = * ( ptr + j ) ; / *两个元素进行交换* /
* ( ptr + j ) = * ( ptr + j + 1 ) ;
* ( ptr + j + 1 ) = t ;
}
}
void output(arr,n) / *数据输出* /
int arr[],n;
{
int i,*ptr=arr; / *利用指针指向数组的首地址* /
printf("output data:\n");
for ( ; ptr - a r r < n ; ptr + + ) / *输出数组的n个元素* /
printf ( " % 4 d " , * ptr ) ;
printf ( " \ n " ) ;
}

由于C程序的函数调用是采用传值调用，即实际参数与形式参数相结合时，实参将值传给形式参数，所以当我们利用函数来处理数组时，如果需要对数组在子程序中修改，只能传递数组的地址，进行传地址的调用，在内存相同的地址区间进行数据的修改。在实际的应用中，
如果需要利用子程序对数组进行处理，函数的调用利用指向数组（一维或多维）的指针作参数，无论是实参还是形参共有下面四种情况：

我们知道，二维数组在内存中是按行存放，假定我们定义二维数组和指针如下：
int a[3][4]，* p = a [ 0 ] ;
则指针p就指向二维数组。其在内存的存放情况如图6 - 11所示。

从上述存放情况来看，若把二维数组的首地址传递给指针p，则映射过程如图6 - 11
所示。我们只要找到用p所表示的一维数组中最大的元素及下标，就可转换为在二维数组中的
行列数。
# include<stdio.h>
m a i n ( )
{
int a[3][4],*ptr,i,j,max,maxi,maxj;
/ * m a x 是数组的最大， m a x i 是最大元素所在行， m a x j 是最大元素所在列* /
f o r ( i = 0 ; i < 3 ; i + + )
f o r ( j = 0 ; j < 4 ; j + + )
s c a n f ( " % d " , & a [ i ] [ j ] ) ;
p t r = a [ 0 ] ; / * 将二维数组的首地址传递给指针变量* /
m a x _ a r r ( p t r , & m a x , & m a x i , 1 2 ) ;
m a x j = m a x i % 4 ; / * 每行有四个元素，求该元素所在列* /
m a x i = m a x i / 4 ; / * 求该元素所在行* /
printf("max=%d,maxi=%d,maxj=%d",max,maxi,maxj);
}
int max_arr(b,p1,p2,n)
int *b,*p1,*p2,n;
/ * b 指向二维数组的指针， p 1指向最大值，p 2 指向最大值在一维数组中的位置， * /
/ * n 是数组的大小* /
{
int i;
*p1=b[0]; *p1=0;
f o r ( i = 1 ; i < n ; i + + ) / * 找最大* /
if (b[i]>*p1) {*p1=b[i]; *p2=i;}
}
运行程序：
 

指针与字符数组
在前面的课程中，我们用过了字符数组，即通过数组名来表示字符串，数组名就是数组的首地址，是字符串的起始地址。下面的例子用于简单字符串的输入和输出。
#include<stdio.h>
main()
{
char str[20];
gets(str);
printf("%s\n",str);
}

现在，我们将字符数组的名赋予一个指向字符类型的指针变量，让字符类型指针指向字
符串在内存的首地址，对字符串的表示就可以用指针实现。其定义的方法为：charstr[20]，
*P=str；这样一来，字符串str就可以用指针变量P来表示了。
#include<stdio.h>
main()
{
char str[20],*p=str;/*p=str则表示将字符数组的首地址传递给指针变量p*/
gets(str);
printf("%s\n",p);
}
RUN
good morning!
goodmorning!
需要说明的是，字符数组与字符串是有区别的，字符串是字符数组的一种特殊形式，存储时以“\0”结束，所以，存放字符串的字符数组其长度应比字符串大1。对于存放字符的字符数组，若未加“\0”结束标志，只能按逐个字符输入输出。
[例6-18]字符数组的正确使用方法。
#include<stdio.h>
main()
{
charstr[10],*p=str;
int i;
scanf("%s",str);/*输入的字符串长度超过10*/
for(i=0;i<10;i++)
printf("%c",*p++);/*正确输出*/
print
f("\n");
p=str;
printf("%s",p);/*字符数组无'\0'标志，输出出错*/
puts(str);/*字符数组无'\0'标志，输出出错*/
}
对上述程序中字符数组以字符串形式输出，若无“\0”标志，则找不到结束标志，输出出
错。
[例6-19]用指向字符串的指针变量处理两个字符串的复制。
字符串的复制要注意的是：若将串1复制到串2，一定要保证串2的长度大于或等于串1。
#include<stdio.h>
main()
{
char str1[30],str2[20],*ptr1=str1,*ptr2=str2;
printf("inputstr1:");
gets(str1);/*输入str1*/
printf("inputstr2:");
gets(str2);/*输入str2*/
printf("str1------------str2\n");
printf("%s.......%s\n",ptr1,ptr2);
while(*ptr2)*ptr1++=*ptr2++;/*字符串复制*/
*ptr1='\0';/*写入串的结束标志*/
printf("str1------------str2\n");
printf("%s.......%s\n",str1,str2);
}
在程序的说明部分，定义的字符指针指向字符串。语句while(*ptr2)*ptr1++=*ptr2++;先测试表达式的值，若指针指向的字符是“\0”，该字符的ASCII码值为0，表达式的值为假，循环结束，表达式的值非零，则执行循环*ptr1++=*ptr2++。语句*ptr1++按照运算优先级别，先算*ptr1，再算ptr1++。

现在，我们修改程序中语句printf("%s.......%s\n",str1,str2)为printf("%s.......%s\n",ptr1,ptr2)；
会出现什么结果呢？请思考。
[例6-20]用指向字符串的指针变量处理两个字符串的合并。
#include<stdio.h>
main()
{
char str1[50],str2[20],*ptr1=str1,*ptr2=str2;
printf("inputstr1:");
gets(str1);
printf("inputstr2:");
gets(str2);
printf("str1------------str2\n");
printf("%s.......%s\n",ptr1,ptr2);
while(*ptr1)ptr1++;/*移动指针到串尾*/
while(*ptr2)*ptr1++=*ptr2++;串/*连接*/
*ptr1='\0';/*写入串的结束标志*/
ptr1=str1;ptr2=str2;
printf("str1------------------str2\n");
printf("%s.......%s\n",ptr1,ptr2);
}

需要注意的是，串复制时，串1的长度应大于等于串2；串连接时，串1的长度应大于等于串1与串2的长度之和。