11.4 函数、数组和指针

曾经终败给现在 2022-12-23 06:23 128阅读 0赞

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1 使用指针形参

2 指针表示法和数组表示法

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# [源码 VS2019环境][VS2019] #

假设要编写一个处理数组的函数，该函数返回数组中所有元素之和，待处理的是名为marbles的int类型数组。应该如何调用该函数？也许是下面这样：

total = sum(marbles); // 可能的函数调用

那么，该函数的原型是什么？记住，数组名是该数组首元素的地址，所以实际参数marbles是一个储存int类型值的地址，应把它赋给一个指针形式参数，即该形参是一个指向int的指针：

int sum(int * ar); // 对应的函数原型

sum()从该参数获得了什么信息？它获得了该数组首元素的地址，知道要在该位置上找出一个整数。注意，该参数并未包含数组元素个数的信息。我们有两种方法让函数获得这一信息。第一种方法是，在函数代码中写上固定的数组大小：

int sum(int * ar) // 相应的函数定义
    {
        int　i;
        int　total　=　0;
        for (i = 0; i < 10; i++)　　// 假设数组有10个元素
            total += ar[i];　　　　// ar[i] 与 *(ar + i) 相同
        return　total;
    }

既然能使用指针表示数组名，也可以用数组名表示指针。另外，回忆一下，+=运算符把右侧运算对象加到左侧运算对象上。因此，total是当前数组元素之和。

函数定义有限制，只能计算10个int类型的元素。另一个比较灵活的方法是把数组大小作为第2个参数：

int sum(int * ar, int n)　　　// 更通用的方法
    {
        int　i;
        int　total　=　0;
        for (i = 0; i < n; i++)　　// 使用 n 个元素
            total += ar[i];　　　　// ar[i] 和 *(ar + i) 相同
        return　total;
    }

这里，第1个形参告诉函数该数组的地址和数据类型，第2个形参告诉函数该数组中元素的个数。

关于函数的形参，还有一点要注意。只有在函数原型或函数定义头中，才可以用int ar\[\]代替int \* ar：

int sum (int ar[], int n);

int \*ar形式和int ar\[\]形式都表示ar是一个指向int的指针。但是，int ar\[\]只能用于声明形式参数。第2种形式（int  ar\[\]）提醒读者指针ar指向的不仅仅一个int类型值，还是一个int类型数组的元素。

注意 声明数组形参

因为数组名是该数组首元素的地址，作为实际参数的数组名要求形式参数是一个与之匹配的指针。只有在这种情况下，C才会把int ar\[\]和int \* ar解释成一样。也就是说，ar是指向int的指针。由于函数原型可以省略参数名，

所以下面4种原型都是等价的：

int sum(int *ar, int n);
    int sum(int *, int);
    int　sum(int　ar[],　int　n);
    int　sum(int　[],　int);

但是，在函数定义中不能省略参数名。下面两种形式的函数定义等价：

int sum(int *ar, int n)
    {
        // 其他代码已省略
    }
    int　sum(int　ar[],　int　n);
    {
        //其他代码已省略
    }

可以使用以上提到的任意一种函数原型和函数定义。

下程序清单演示了一个程序，使用 sum()函数。该程序打印原始数组的大小和表示该数组的函数形参的大小（如果你的编译器不支持用转换说明%zd打印sizeof返回值，可以用%u或%lu来代替）。

/************************************************************************
    功能： 数组元素之和                                                                     
    /************************************************************************/
    
    // 如果编译器不支持 %zd，用 %u 或 %lu 替换它
    #include <stdio.h>
    #define SIZE 10
    int sum(int ar[], int n);
    int main(void)
    {
    	int marbles[SIZE] = { 20, 10, 5, 39, 4, 16, 19, 26,
    	31, 20 };
    	long answer;
    	answer  = sum(marbles, SIZE);
    	printf("The total number of marbles is %ld.\n", answer);
    	printf("The size of marbles is %zd bytes.\n",
    		sizeof marbles);
    	return 0;
    }
    
    int sum(int ar[], int n)  // 这个数组的大小是？
    {
    	int i;
    	int total  = 0;
    	for (i  = 0; i  < n; i++)
    		total  += ar[i];
    	printf("The size of ar is %zd bytes.\n", sizeof ar);
    	return total;
    }

该程序的输出如下：

The size of ar is 4 bytes.
    The total number of marbles is 190.
    The size of marbles is 40 bytes.

注意，marbles的大小是40字节。这没问题，因为marbles内含10个int类型的值，每个值占4字节，所以整个marbles的大小是40字节。但是，ar才4字节。这是因为ar并不是数组本身，它是一个指向 marbles 数组首元素的指针。简而言之，在上程序清单中，marbles是一个数组， ar是一个指向marbles数组首元素的指针，利用C中数组和指针的特殊关系，可以用数组表示法来表示指针ar。

# 1 使用指针形参 #

函数要处理数组必须知道何时开始、何时结束。sum()函数使用一个指针形参标识数组的开始，用一个整数形参表明待处理数组的元素个数（指针形参也表明了数组中的数据类型）。但是这并不是给函数传递必备信息的唯一方法。还有一种方法是传递两个指针，第1个指针指明数组的开始处（与前面用法相同），第2个指针指明数组的结束处。下程序清单演示了这种方法，同时该程序也表明了指针形参是变量，这意味着可以用索引表明访问数组中的哪一个元素。

/************************************************************************
    功能： 数组元素之和                                                                     
    /************************************************************************/
    #include <stdio.h>
    #define SIZE 10
    int sump(int* start, int* end);
    int main(void)
    {
    	int marbles[SIZE] = { 20, 10, 5, 39, 4, 16, 19, 26,	31, 20 };
    	long answer;
    	answer  = sump(marbles, marbles  + SIZE);
    	printf("The total number of marbles is %ld.\n", answer);
    	return 0;
    }
    /* 使用指针算法 */
    int sump(int* start, int* end)
    {
    	int total  = 0;
    	while (start  < end)
    	{
    		total += *start; // 把数组元素的值加起来
    		start++;      // 让指针指向下一个元素
    	}
    	return total;
    }

指针start开始指向marbles数组的首元素，所以赋值表达式total += \*start把首元素（20）加给total。然后，表达式start++递增指针变量start，使其指向数组的下一个元素。因为start是指向int的指针，start递增1相当于其值递增int类型的大小。

注意，sump()函数用另一种方法结束加法循环。sum()函数把元素的个数作为第2个参数，并把该参数作为循环测试的一部分：

for( i = 0; i < n; i++)

而sump()函数则使用第2个指针来结束循环：

while (start < end)

因为while循环的测试条件是一个不相等的关系，所以循环最后处理的一个元素是end所指向位置的前一个元素。这意味着end指向的位置实际上在数组最后一个元素的后面。C保证在给数组分配空间时，指向数组后面第一个位置的指针仍是有效的指针。这使得 while循环的测试条件是有效的，因为 start在循环中最后的值是end（在最后一次while循环中执行完start++;后，start的值就是end的值）。注意，使用这种“越界”指针的函数调用更为简洁：

answer = sump(marbles, marbles + SIZE);

因为下标从0开始，所以marbles + SIZE指向数组末尾的下一个位置。如果end指向数组的最后一个元素而不是数组末尾的下一个位置，则必须使用下面的代码：

answer = sump(marbles, marbles + SIZE - 1);

这种写法既不简洁也不好记，很容易导致编程错误。顺带一提，虽然C保证了marbles  +  SIZE有效，但是对marbles\[SIZE\]（即储存在该位置上的值）未作任何保证，所以程序不能访问该位置。

还可以把循环体压缩成一行代码：

total += *start++;

一元运算符\*和++的优先级相同，但结合律是从右往左，所以start++先求值，然后才是\*start。也就是说，指针start先递增后指向。使用后缀形式（即start++而不是++start）意味着先把指针指向位置上的值加到total上，然后再递增指针。如果使用\*++start，顺序则反过来，先递增指针，再使用指针指向位置上的值。如果使用(\*start)++，则先使用start指向的值，再递增该值，而不是递增指针。这样，指针将一直指向同一个位置，但是该位置上的值发生了变化。虽然\*start++的写法比较常用，但是\*(start++)这样写更清楚。程序清单下的程序演示了这些优先级的情况。

/************************************************************************
    功能： 指针运算中的优先级                                                                     
    /************************************************************************/
    
    #include <stdio.h>
    int data[2] = { 100, 200 };
    int moredata[2] = { 300, 400 };
    int main(void)
    {
    	int* p1, * p2, * p3;
    	p1  = p2  = data;
    	p3  = moredata;
    	printf(" *p1 = %d, *p2 = %d,  *p3 = %d\n", *p1, *p2, *p3);
    	printf("*p1++ = %d, *++p2 = %d, (*p3)++ = %d\n", *p1++, *++p2, (*p3)++);
    	printf(" *p1 = %d, *p2 = %d,  *p3 = %d\n", *p1, *p2, *p3);
    	return 0;
    }

下面是该程序的输出：

*p1 = 100, *p2 = 100,  *p3 = 300
    *p1++ = 100, *++p2 = 200, (*p3)++ = 300
    *p1 = 200, *p2 = 200,  *p3 = 301

只有(\*p3)++改变了数组元素的值，其他两个操作分别把p1和p2指向数组的下一个元素。

# 2 指针表示法和数组表示法 #

从以上分析可知，处理数组的函数实际上用指针作为参数，但是在编写这样的函数时，可以选择是使用数组表示法还是指针表示法。如程序清单1所示，使用数组表示法，让函数是处理数组的这一意图更加明显。另外，许多其他语言的程序员对数组表示法更熟悉，如FORTRAN、Pascal、Modula-2或BASIC。其他程序员可能更习惯使用指针表示法，觉得使用指针更自然，如程序清单2所示。至于C语言，ar\[i\]和\*(ar+1)这两个表达式都是等价的。无论ar是数组名还是指针变量，这两个表达式都没问题。但是，只有当ar是指针变量时，才能使用ar++这样的表达式。

指针表示法（尤其与递增运算符一起使用时）更接近机器语言，因此一些编译器在编译时能生成效率更高的代码。然而，许多程序员认为他们的主要任务是确保代码正确、逻辑清晰，而代码优化应该留给编译器去做。

[C]: https://blog.csdn.net/u014411348/article/details/103778691
[VS2019]: https://download.csdn.net/download/u014411348/13140792