【C语言系列】深入理解指针（5）

一、sizeof和strlen的对比

1.1sizeof

sizeof是单目操作符（绝不是函数！！！），sizeof计算变量所占内存空间的大小的，单位是字节。
如果操作数是类型的话，计算的是使用类型创建的变量所占内存空间的大小。
注：sizeof只关注占用内存空间的大小，不在乎内存中存放什么数据。
比如：

 #inculde <stdio.h>int main(){int a = 10;printf("%d\n", sizeof(a));printf("%d\n", sizeof a);printf("%d\n", sizeof(int));return 0;}

1.2strlen

strlen是C语言库函数，功能是求字符串长度。
函数原型是：

size_t strlen ( const char * str );

统计的是从strlen函数的参数str中这个地址开始向后，\0之前字符串中字符的个数。
注：strlen 函数会一直向后找 \0 字符，直到找到为止，所以可能存在越界查找。
代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{char arr1[3] = {'a', 'b', 'c'};char arr2[] = "abc";printf("%d\n", strlen(arr1));printf("%d\n", strlen(arr2));printf("%d\n", sizeof(arr1));printf("%d\n", sizeof(arr2));return 0;
}

运行结果如下：

1.3sizeof和strlen的对比

sizeof	strlen
1.sizeof是操作符	1.strlen是库函数，使用需要包含头文件string.h
2.sizeof计算操作数所占内存的大小，单位是字节	2.strlen是求字符串长度的，统计的是\0之前字符的个数
3.不关注内存中存放什么数据	3.关注内存中是否有\0，如果没有\0，就会持续往后找，可能会越界
4.sizeof括号中有表达式的话，表达式是不参与计算的！！！

用代码检验4，代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 8;
short s = 4;
printf("%d\n",sizeof(s = a + 2));//2
printf("%d\n",s);//4
return 0;
}

运行结果如下：

那么为什么sizeof中的表达式不计算？
C语言是编译型语言，在编译期这个表达式并不会被执行，sizeof 运算的结果是在编译期间就已知的常数值，并不需要等到运行时才求解。因此，对于其中涉及到的操作数或者操作本身都不需要实际执行。

二、数组和指针笔试题解析

2.1 一维数组

*a == a[0] == *(a + 0)
数组名的理解：数组名是数组首元素（第一个元素）的地址。
但是有2个是例外：1.sizeof(数组名) —— 数组名表示整个数组，计算的是整个数组的大小，单位是字节。
2.&数组名 —— 数组名表示的是整个数组，取出的是整个数组的地址。
除此之外，所有的数组名是数组首元素（第一个元素）的地址。

笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
int a[] = {1,2,3,4};//数组有几个元素？//4
printf("%zd\n",sizeof(a));//16
printf("%zd\n",sizeof(a + 0));//a是首元素的地址 —— 类型是int*，a + 0还是首元素的地址，是地址大小就是4/8。
printf("%zd\n",sizeof(*a));//a是首元素的地址，*a是首元素，大小就是4个字节。
printf("%zd\n",sizeof(a + 1));//a是首元素地址，类型是int*，a + 1跳过1个整型，a + 1就是第二个元素的地址，是地址大小就是4/8。
printf("%zd\n",sizeof(a[1]));//a[1]就是第二个元素，大小是4个字节。
printf("%zd\n",sizeof(&a));//&a是数组的地址，数组的地址也是地址，是地址大小就是4/8字节。
printf("%zd\n",sizeof(*&a));//1.*&互相抵消了，等价于sizeof(a),16
//2.&a是数组的地址，类型是int(*)[4],对数组指针解引用访问的是数组，计算的是数组的大小，16
//char* —— 解引用访问的是char
//int* —— 解引用访问的是int
printf("%zd\n",sizeof(&a + 1));//&a + 1是跳过这个数组后的那个位置的地址，是地址大小就是4/8字节。
printf("%zd\n",sizeof(&a[0]));//首元素的地址，大小就是4/8字节。
printf("%zd\n",sizeof(&a[0] + 1));//&a[0] + 1 —— 数组第二个元素的地址，大小就是4/8字节。
return 0;
}

运行结果如下图：

2.2 字符数组

2.2.1代码1：

笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
char arr[] = {'a','b','c','d','e','f'};
printf("%d\n",sizeof(arr));//数组名单独放在sizeof内部，计算的是数组的大小，单位为字节，6。
printf("%d\n",sizeof(arr + 0));//arr是数组名表示首元素的地址，arr + 0还是首元素的地址，是地址就是4/8字节。
printf("%d\n",sizeof(*arr));//arr是首元素的地址，*arr就是首元素，大小就是1个字节。
//*arr == arr[0] == *(arr + 0)
printf("%d\n",sizeof(arr[1]));//arr[1]是第二个元素，大小也是1个字节。
printf("%d\n",sizeof(&arr));//&arr是数组的地址，数组的地址也是地址，是地址大小就是4/8个字节。
//&arr —— char(*)[6]
printf("%d\n",sizeof(&arr + 1));//4/8个字节，&arr + 1,跳过整个数组，指向了数组后边的空间。
printf("%d\n",sizeof(&arr[0] + 1));//第二个元素的地址，是地址就是4/8个字节。
return 0;
}

运行结果如下图：

2.2.2代码2：

笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char arr[] = {'a','b','c','d','e','f'};
printf("%d\n",strlen(arr));//arr是首元素的地址，数组中没有\0，就会导致越界访问，结果就是随机的。
printf("%d\n",strlen(arr + 0));//arr + 0是数组首元素的地址，数组中没有\0，就会导致越界访问，结果就是随机的。
printf("%d\n",strlen(*arr));//arr是首元素的地址，*arr是首元素，就是'a','a'的ASCII码值是97，就相当于97作为地址传递给了strlen，strlen得到的就是野指针，代码是有问题的。
printf("%d\n",strlen(arr[1]));//arr[1] —— 'b' —— 98，传给strlen函数也是错误的。
printf("%d\n",strlen(&arr));//&arr是数组的地址，起始位置是数组的第一个元素的位置，随机值。
printf("%d\n",strlen(&arr + 1));//随机值。
printf("%d\n",strlen(&arr[0] + 1));//从第二个元素开始向后统计的，得到的也是随机值。
return 0;
}

运行结果如下图：

2.2.3代码3：

笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
char arr[] = "abcdef";
printf("%d\n",sizeof(arr));//7,计算的是数组总大小，数组名单独放在sizeof内部。
printf("%d\n",sizeof(arr + 0));//arr表示数组首元素的地址，arr + 0还是首元素的地址，4/8字节。
printf("%d\n",sizeof(*arr));//arr表示数组首元素的地址，*arr是首元素，大小是1字节。
printf("%d\n",sizeof(arr[1]));//arr[1]是第二个元素，大小是1个字节。
printf("%d\n",sizeof(&arr));//&arr是数组的地址，是地址就是4/8字节。
printf("%d\n",sizeof(&arr + 1));//&arr是数组的地址，是地址就是4/8字节。
printf("%d\n",sizeof(&arr[0] + 1));//&arr是数组的地址，+1跳过整个数组，还是地址，是地址就是4/8字节。
return 0;
}

运行结果如下图：

2.2.4代码4：

笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char arr[] = "abcdef";
printf("%d\n",strlen(arr));//6
printf("%d\n",strlen(arr + 0));//arr首元素的地址，arr + 0还是首元素的地址，向后统计在\0之前的字符个数。//6
printf("%d\n",strlen(*arr));//'a' —— 97，出错。
printf("%d\n",strlen(arr[1]));//'b' —— 98.出错。
printf("%d\n",strlen(&arr));//&arr是数组的地址，也是从数组第一个元素开始向后找，6。
printf("%d\n",strlen(&arr + 1));//随机值。
printf("%d\n",strlen(&arr[0] + 1));//5
//&arr —— char(*)[7]
//size_t strlen(const char*s);
return 0;
}

运行结果如下图：

2.2.5代码5：

笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
const char*p = "abcdef";
printf("%d\n",sizeof(p));//p是指针变量，我们计算的是指针变量的大小，4/8个字节。
printf("%d\n",sizeof(p + 1));//p + 1是b的地址，是地址大小就是4/8个字节。
printf("%d\n",sizeof(*p));//p的类型是char*，*p就是char类型了，1个字节。
printf("%d\n",sizeof(p[0]));//1.p[0]->*(p + 0)->*p->'a',大小1个字节。
//1.把常量字符串想象成数组。
//2.p可以理解为数组名，p[0],就是首元素。
printf("%d\n",sizeof(&p));//取出的是p的地址，地址的大小就是4/8个字节。
printf("%d\n",sizeof(&p + 1));//&p + 1是跳过p指针变量后的地址，地址的大小是4/8个字节。
printf("%d\n",sizeof(&p[0] + 1));//4/8，取出首元素的地址，+1是第二个字符的地址。
return 0;
}

运行结果如下图：

2.2.6代码6：

笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
char*p ="abcdef";
printf("%d\n",strlen(p));//6
printf("%d\n",strlen(p + 1));//5
printf("%d\n",strlen(*p));//*p就是'a' —— 97，err
printf("%d\n",strlen(p[0]));//p[0]->*(p + 0)->*p//err
printf("%d\n",strlen(&p));//&p是指针变量p的地址，和字符串“abcdef”关系就不大了，从p这个指针变量的起始位置开始向后数的，p变量存放的地址是什么，不知道，所以答案是随机值。
printf("%d\n",strlen(&p + 1));//随机值
printf("%d\n",strlen(&p[0] + 1));//5
return 0;
}

运行结果如下图：

2.3 二维数组

二维数组笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
int a[3][4] = {0};
printf("%d\n",sizeof(a));//a是数组名，单独放在sizeof内部，计算的是数组的大小，单位是字节 —— 48 = 3*4*sizeof(int)。
printf("%d\n",sizeof(a[0][0]));//a[0][0]第一行第一个元素，大小是4个字节。
printf("%d\n",sizeof(a[0]));//a[0]是第一行的数组名，数组名单独放在sizeof内部了，计算的是数组的总大小16个字节。
printf("%d\n",sizeof(a[0] + 1));//a[0]并没有单独放在sizeof内部，所以这里的数组名a[0]就是数组首元素的地址，即a[0]->&a[0][0],+1后是&a[0][1]的地址，大小是4/8个字节。
printf("%d\n",sizeof(*(a[0] + 1)));//第一行第一个元素，大小是4
printf("%d\n",sizeof(a + 1));//a作为数组名并没有单独放在sizeof内部，a表示数组首元素的地址，是二维数组首元素的地址，也就是第一行的地址，a + 1，跳过一行，指向了第二行，a + 1是第二行的地址，a + 1是数组指针，是地址大小就是4/8个字节。
printf("%d\n",sizeof(*(a + 1)));//1.a + 1是第二行的地址，*(a + 1)就是第二行，计算的是第二行的大小 —— 16。2.*(a + 1) == a[1],a[1]是第二行的数组名，sizeof(*(a + 1))就相当于sizeof(a[1])，意思就是把第二行的数组名单独放在sizeof内部，计算的是第二行的大小。
printf("%d\n",sizeof(&a[0] + 1));//a[0]是第一行的数组名，&a[0]取出的就是数组的地址，就是第一行的地址，&a[0] + 1就是第二行的地址，是地址大小就是4/8字节。
printf("%d\n",sizeof(*(&a[0] + 1)));//对第二行地址解引用，访问的就是第二行，大小是16个字节。
printf("%d\n",sizeof(*a));//a作为数组名并没有单独放在sizeof内部，a表示数组首元素的地址，是二维数组首元素的地址，也就是第一行的地址，*a就是第一行，计算的就是第一行的大小，16个字节。
printf("%d\n",sizeof(a[3]));//a[3]无需真实存在，仅仅通过类型的推断就能算出长度，a[3]是第四行的数组名，单独放在sizeof内部，计算第四行的大小，16个字节。
//sizeof(int);//4
//sizeof(3+5);//4
return 0;
}

运行结果如下图：

三、指针运算笔试题解析

3.1题目1：

指针运算笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
int a[5] = {1,2,3,4,5};
int*ptr = (int*)(&a + 1);//&a —— int(*)[5]
printf("%d %d",*(a + 1),*(ptr - 1));//ptr跳过了原来a数组指向下一个位置，*(ptr-1)访问的就是数组a中的5。
return 0;
}

运行结果如下图：

3.2题目2：

在X86(32位)环境下，假设结构体的大小是20个字节，程序输出的结果是什么？
指针运算笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
struct Test
{
int Num;
char*PcName;
short sDate;
char cha[2];
short sBa[4];
}*p = (struct Test*)0x100000;//结构体指针+1，跳过一个结构体；整型值+1，就是+1。
//指针+-整数
int main()
{
printf("%p\n",p + 0x1);//0x100000 + 20 -> 00100014
printf("%p\n",(unsigned long)p + 0x1);//0x100000 + 1 ->0x100001 -> 00100001
printf("%p\n",(unsigned int*)p + 0x1);//0x100000 + 4 -> 0x100004 -> 00100004
return 0;
}

运行结果如下图：

3.3题目3：

指针运算笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
int a[3][2] = {(0,1),(2,3),(4,5)};//1 3 5//初始化
int*p;
p = a[0];//&a[0][0];
printf("%d",p[0]);//1//*(p + 0) -> *p
return 0;
}

运行结果如下图：

3.4题目4：

假设环境是X86环境，程序的输出结果是什么？
指针运算笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{//%d —— 是打印有符号的整数
//%p —— 是打印地址的
int a[5][5];//a —— 类型是：int(*)[5]
int(*p)[4];//p —— 类型是：int(*)[4]//p是一个数组指针，p指向的数组是4个整型元素的
p = a;//类型的差异 —— 警告
printf("%p,%d\n",&p[4][2] - &a[4][2],&p[4][2] - &a[4][2]);//FFFFFFFC,-4
return 0;
}
//指针-指针绝对值得到的是指针和指针之间的元素个数

运行结果如下图：

3.5题目5：

指针运算笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
int aa[2][5] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int*ptr1 = (int*)(&aa + 1);
int*ptr2 = (int*)(*(aa + 1));
printf("%d %d",*(ptr1 - 1),*(ptr2 - 1));//10 5
return 0;
}
//*(aa + 1)->aa[1],aa[1]是第二行的数组名，数组名表示首元素的地址。
//aa[1]也是&aa[1][0]
//*(aa + 1)->aa[1],&aa[1]->第二行的地址
//sizeof(aa[1])->计算的是第二行的大小

运行结果如下图：

3.6题目6：

指针运算笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
char*a[] = {"work","at","alibaba"};//a是指针数组
char**pa = a;
pa++;
printf("%s\n",*pa);//at//%s是打印字符串，给一个地址，从这个地址向后打印字符串，直到\0
return 0;
}

画图分析：

运行结果如下图：

3.7题目7：

指针运算笔试题代码和解析如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
char*c[] = {"ENTER","NEW","POINT","FIRST"};
char**cp[] = {c + 3,c + 2, c + 1,c};
char***cpp = cp;
printf("%s\n",**++cpp);//POINT
printf("%s\n",*--*++cpp + 3);//ER
printf("%s\n",*cpp[-2] + 3);//**(cpp - 2) + 3//ST
printf("%s\n",cpp[-1][-1] + 1);//*c*(cpp-1) - 1//EW
return 0;
}

运行结果如下图：

四、总结

本文深入探讨了C语言中关于sizeof、strlen、数组和指针的一些基础概念，并通过代码示例进行了详细的讲解。以下是对主要内容的总结：

1. sizeof与strlen的区别

sizeof是一个运算符，用于计算变量或类型所占的内存空间大小，单位是字节。它与数据存储内容无关，只关注内存的占用。例如，sizeof(int)会返回一个整数类型的大小，而sizeof(a)会返回数组a的总字节数。需要注意的是，sizeof中的表达式不会被计算，仅仅是编译时确定的常量。

与此不同，strlen是C标准库中的一个函数，用于计算以'\0'（空字符）结尾的字符串的长度。它统计的是字符串中的字符个数，而不包括'\0'字符。因此，strlen在处理字符串时，必须确保字符串正确地以'\0'结尾，否则可能导致越界访问。

2. 数组和指针的关系

数组和指针是C语言中常见的概念，它们密切相关。数组名通常被认为是指向数组首元素的指针。通过数组名，可以访问数组的元素，但是数组名和指针在某些情况下也有所不同。例如，sizeof(a)计算的是整个数组的大小，而sizeof(a + 1)计算的是数组中某个元素的指针大小。此外，数组名也可以通过&a表示整个数组的地址，&a[0]表示数组首元素的地址。

3. 字符数组与字符串

字符数组在内存中的存储方式可能导致不同的行为。在没有'\0'结尾的情况下，使用strlen函数可能会导致越界访问，进而产生随机结果。通过具体的代码示例，文章展示了不同数组类型在使用sizeof和strlen时的差异，特别是字符数组和字符串常量。

4. 指针运算

指针运算是C语言中强大的功能之一。指针可以进行加减操作，指向内存中的不同位置。通过对数组指针进行运算，可以访问数组中的不同元素。指针间的运算遵循指针类型的大小，比如int*指针加1时会跳过一个int类型的大小，指向下一个int类型的数据。文章通过一系列例子展示了指针和数组在内存中的操作，包括指针的解引用、指针数组的运算等。

总结

本篇文章深入分析了sizeof、strlen、数组与指针等概念，并通过一系列代码示例加深了对这些概念的理解。对于初学者来说，掌握这些基础知识是学习C语言的关键。文章不仅揭示了这些基本概念的使用方法，还通过具体例子帮助理解如何避免常见的错误，如越界访问和指针运算中的误解。