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[C] [原创]对于C语言中指针和数组的认识和看法,欢迎讨论 [复制链接]

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发表于 2007-07-11 16:49 |显示全部楼层 |倒序浏览
本版讨论很多对于C语言中指针和数组的认识和看法,
下面是我自己对指针的一些粗浅认识,写的有点乱, 希望对新手有所帮助
请大家批评指正。也欢迎大家积极讨论。

1. 指针变量也只是普通的变量


很多C语言的初学者都将指针变量看的很神秘,实际上,就像其他的普通变量(比如int类型的),指针变量也是一种普通变量,他具有其他变量的一切特征。

例如:
int main()
{
int q=10;
int *pi=0;
pi = &q;
printf ("%d\n", *pi);
}

main中声明并定义了一个自动变量p,他的类型是pointer-to-int.一旦定义了p,编译器就要给p分配内存空间。main结束后,p被自动释放。pi和q在这些方面没有丝毫不同。

结论:指针变量没有那么神秘,指针变量只是一个普通变量


2. 指针变量与其他变量的关系

那么,指针的特殊性表现在什么地方呢?

指针特殊就特殊在对他所存储的值的解释上和对他的使用上。

在上例中,pi的值会被解释成内存中的一个地址,以这个地址开始的一块内存则表示一个int型的数.

但是,即使在执行了pi = &q之后,pi和q也没有什么直接的关系:改变pi的值不会影响q,改变q的值也不会影响pi,他俩是两个独立的变量,有各自的存储空间。

C语言赋予了指针特殊的本领就是:可以存储别的变量的内存地址,也可以利用指针变量本身的值去间接的操作别的变量.这两种能力是通过两个操作符来完成的 : &和*。

pi = &q;                        //利用q的内存地址对pi进行赋值
printf ("%d\n", *pi);     //利用pi的值去间接的读q的值

sizeof(pi)跟sizeof(q)根本就是两码事. pi不会自动根据自己去寻找q的,只有你显示的使用*pi才可以.

结论:假设指针pi存储的是q的地址。pi和q没有任何直接的关系。只有*pi才和q有直接的关系。


3. C语言中的函数参数传递方式

很多人的另外一种误解是,C语言中有两种函数传递方式:按值传递和按地址传递。

造成这种误解的原因就是对上面所说的两点理解的不够。

void swap1( int a, int b)
{
int temp;
temp = a;
a = b;
b = temp;
}

void swap2( int* pa, int* pb)
{
int temp;
temp = *pa;
*pa = *pb;
*pb = temp;
}

int main()
{
int i=10, j=5;
int *pi, *pj;
pi = &i;
pj = &j;
swap1(i, j);
printf("i=%d, j=%d\n", i, j);
swap2(pi, pj);
printf("i=%d, j=%d\n", i, j);
}

很多人会认为swap1是按值传递,而swap2是按指针传递。其实,C语言只有一种函数参数传递方式:按值传递。

swap1大家都明白,我说一下swap2。

实际上,我在第一点中已经指出,指针只是一个普通变量而已。在对swap2的调用swap2(pi, pj)中, pi和pj的值分别被copy到swap2中的pa和pb中。现在,i,pi和pa是3个完全不同的变量,但pi和pa的值相同,他们存的都是i的地址。在swap2中,利用*pa就可以读写i了,同样利用*pb就可以读写j了,所以swap2就可以完成i和j的交换了。但是,pi和pj的值通过swap2是无法改变的。

也就是说, swap2使用的参数传递方式仍然是按值传递,只不过传递的是指针的值,然后利用指针有可以间接访问其他变量而已.

结论:C语言只有一种函数参数传递方式:按值传递.

4. 指针与数组

4.1 数组名的类型


在C语言中,指针与数组千丝万缕的联系.看下面的例子:

int a[5];
int b[3][5];
int *pa1[5];
int (*pa2)[5];

那么a,b,pa1,pa2的类型到底是什么呢?

很多人将a的类型误解成为一级指针,即const pointer to int,

而将b的类型误解成为二级指针,即const pointer to the pointer to int;

a不是const pointer to int类型的,我们是可以从下面这个事实推出来的:
sizeof(a)跟sizeof(int*)是不同的.

只能说,a是array of 5 ints类型的

而b则是array of 3 arrays of 5 ints类型的

这里之所以把pa1和pa2列出来,主要是给大家区别一下:
pa1是array of 5 int pointers类型的,
而pa2是pointer to array of 5 ints类型的

4.2 数组名的运算

大家经常会遇到关于数组名的运算问题,比如

int a[5]={1, 2, 3, 4, 5};
int b[3][5]={{1,2,3,4,5}, {6,7,8,9,10}, {11,12,13,14,15}};
printf("%d", *(a+2));
printf("%d, %d\n", **(b+2), *(*b+2));


在进行上面的运算时,有下面的似非而是的结论:

&a可以看作是pointer to array of 5 ints类型的
所以&a+1,这里的“1”是指5*sizeof(int)

a是array of 5 ints类型的,但是a的值是什么呢?a的值其实是一个
pointer to int

*a的值则是一个int,即a[0];

&b可以看作是pointer to array of 3 arrays of 5 ints类型的
所以&b+1,这里的“1”是指3*5*sizeof(int)

b是array of 3 arrays of 5 ints类型的,但是b的值却是一个
pointer to array of 5 ints

*b是array of 5 ints类型的,但是*b的值却是pointer to int类型的

**b的值则是int类型的,即b[0][0];

推而广之,则对于 int c[n1][n2]...[nm]的m维数组(m后面的数字为下标),有下面的结论(或者说计算方法):
先将c扩展为int c[n1][n2]...[nm][1]; (最后一个是数字1,不是字母l)

1.&c的单位“1”为n1*n2*...*nm*1*sizeof(int)
sizeof(&c)等于存储一个指针的大小,其值与sizeof(int*)相同;

2.令c1代表*...*c,共有i(0<i<=m-1)个*,则他的单位“1”为n(i+2)*...*nm*1*sizeof(int),其中(i+2)等是下标
sizeof(c1)=n(i+1)*...*nm*sizeof(int)

3.令c2代表*...*c,共有m个*,表示数组中第一个整数
sizeof(c2)=sizeof(int)



例如:int c[3][4][5][6];
先转换成int c[3][4][5][6][1];
&c+1相当于地址加3*4*5*6*1*sizeof(int), sizeof(&c)的值等于sizeof(int*);
c+1相当于地址加4*5*6*1*sizeof(int), sizeof(c)=3*4*5*6*1*sizeof(int);
**c+1相当于地址加6*sizeof(int), sizeof(**c)=5*6*1*sizeof(int);
****c就是数组中第一个整数

4.3 一种常见错误

int b[3][5];
int **p=b;

有些人误认为p+1的值和b+1是相同的,其实不然

类似于

T1 b1;
T2* b2=(T2*)(&b1); //T1,T2为两种不同的类型

这样的话,b2+1是按sizeof(T2)进行增加的
而&b1+1是按照sizeof(T1)进行增加的
指针进行类型转换后,其运算跟他自身的类型有关,而与他指向的东东无关

[ 本帖最后由 ypxing 于 2007-8-9 11:17 编辑 ]

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发表于 2007-07-11 20:33 |显示全部楼层
你的理解很有问题呀

“pi有pi的地址值,pa有pa的地址值”是不错,因为他们是不同的变量
但是,他们的值是一样的,因为要按值传递参数


原帖由 fcloudf 于 2007-7-11 19:38 发表
pi和pa的值不相同, pi有pi的地址值,pa有pa的地址值

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发表于 2007-07-11 21:35 |显示全部楼层
学习了,不过,有几点进行说明


>>根据不同的上下文环境,单独的“指针(Pointer)”可以指的是指针类型、指针对象、指针变量(变量是有名字的对象)、指针值中的任意一种,而不是象你说的那样仅仅指的是一个变量。

>>比如程序中的表达式 &q 的结果是一个指向 int 的指针。此处的“指针”指的其实是一个指针值。

" 指针只是一个普通变量", 这里说的是指针变量,我的例子就是比较了q和pi,只是说明"pi和q在这些方面没有丝毫不同"


>>a 的值不是“存储”在数组对象中,而是来自于数组对象 a 的第一个元素的地址,是数组对象在右值语义环境下而产生的数组转换为指针的结果。

我的原话是"a的值存储的是一个 pointer to int",而不是说"a 的值“存储”在数组对象中", 当然这里用“存储”是不恰当的


>>其实,数组对象在表达式中作为数组类型还是指针类型来使用取决于其上下文环境:

说实话,这一点(我是指C语言的这个语言点)无论如何都确实很难理解

另外,请问,“左值语义”和“右值语义”是如何定义和区分的?

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发表于 2007-07-11 23:14 |显示全部楼层
《C++ Primer》那个表我看了一下,不过有些疑问

>>在左值语义下是数组类型

>>例如 &a 以及 sizeof(a) 中的 a 都处于左值语义下,所以 a 仍然是数组类型。

1. &a+1该如何解释呢?

2. 表中sizeof是不需要lvalue的,是expr

3. 操作符优先级(Operator Precedence)”表中expr并不是专指rvalue,他包括lvaule和rvalue
之所以有的要强调lvaule,那是因为该操作符只能操作与lvaule的
而应用于expr的操作符则lvalue和rvalue皆可

4. a是不容改变的,它应该不能出现在所谓的 "左值语义”中

所以,根据所谓的"左值语义”和“右值语义”是很不好区分和解释的


原帖由 whyglinux 于 2007-7-11 22:22 发表
如果操作符(包括函数调用)的操作数是一个表达式(而不是一个名字、类型或其它),则这样的操作符规定了其操作数的语义环境是左值还是右值。详细可参见各个操作符的说明。

在《C++ Primer》一书中提供了一张关于 C++ 的“操作符优先级(Operator Precedence)”表,明确指出了各个操作符的操作数应该是左值(lvalue)还是右值(expr、pointer等)(对于表达式操作数而言),或其它(对于非表达式操作数而言)。去掉表中 C++ 专有的操作符之后,也同样适用于 C。

[ 本帖最后由 ypxing 于 2007-7-11 23:18 编辑 ]

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发表于 2007-07-12 19:08 |显示全部楼层
是这样的,
例如:++i在C++中是一个lvalue,在C中++i是一个rvalue
http://bbs.chinaunix.net/viewthread.php?tid=941407

原帖由 Sorehead 于 2007-7-12 14:08 发表 极力反对讨论c的时候把c++牵扯进来,在我看来,c和c++压根就是完全不同的两种语言,没有什么可比性,c++完全就不是什么c的超集,它们在对一些基本问题上是完全不一样的。例如,左值和右值的概念就完全不一样,不能把c++中的东西拿来套c

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发表于 2007-07-12 20:17 |显示全部楼层
main函数中的a和a+1是没有问题的,跟我的理解相符

其实,func的原型相当于int func(int *a);

  1. int func(int a[8])
  2. {
  3.   printf("size %d, %d, %p, %p\n", sizeof(a), sizeof(*a), a, a+1);  //执行这一句就ok了
  4. }
复制代码

int func2(int a[3][5]);相当于int func2(int (*a)[5]);

int func3(int a[3][5][8]);相当于int func3(int (*a)[5][8]);

以此类推...


原帖由 思一克 于 2007-7-12 19:48 发表 int a[0];

  1. int func(int a[8])
  2. {
  3.    printf("size %p\n", sizeof(a));  //??
  4. }

  5. main()
  6. {
  7. int b[8];
  8.    func(b);
  9.    printf("%p %p\n", a, a+1);  //??
  10. }
复制代码

[ 本帖最后由 ypxing 于 2007-7-12 20:26 编辑 ]

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发表于 2007-09-20 09:14 |显示全部楼层
最近几天讨论指针的帖子好像挺多
把俺的一篇老点的帖子顶起来
跟大家讨论讨论

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发表于 2007-09-20 09:44 |显示全部楼层


原帖由 ruoyisiyu 于 2007-9-20 09:41 发表

这年头,还真有自掘自家坟的。。 不过还是蛮好心的
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