C语言——深入理解指针（2）（数组与指针）

数组名的理解

之前我们在使用指针访问数组内容时，有这样的代码：

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

这里我们使用&arr[0]的方式拿到了数组第一个元素的地址，但是其实数组名本来就是地址，而且是数组首元素的地址。
我们来做个测试，看数组名到底是不是首元素的地址：

从打印出来的值来看，它们确实是一样的，所以数组名确实是首元素的地址。
那么数组名是首元素地址的话，我们去求地址长度，在32位平台下应该为4个字节（地址的长度与多少位的平台有关）
我们用sizeof计算下地址长度是多少：

这是为什么呢？
数组名就是数组首元素（第一个元素）的地址，但是有两个例外：

• sizeof(数组名)，sizeof中单独放数组名时，这里的数组名表示整个数组，不是首元素的地址，此时计算的是这整个数组的大小，单位是字节。
• &数组名，这里的数组名表示整个数组，取出的是整个数组的地址（整个数组的地址和数组首元素的地址是有区别的）
  从值的角度来看的话，取整个数组的地址与取首元素的地址打印出来的值一模一样。
  这是因为无论是取首元素地址，还是取整个数组的地址，它们的值都是从首元素的地址开始的。
  但是我们平时写代码的时候要知道，数组名前+取地址符号是取整个数组的地址。
  如果我们想看看它们的区别还是可以看到的，我们给首元素的地址、整个数组分别都+1：
  
  
  我们发现，前两个地址+1都只跳过了一个整形的大小，而第三个地址+1却跳过了一个数组的大小（40个字节）
  所以我们将三个地址打印出来只能看到打印出来的值是一样的，但是类型绝对是不同的，因为int*类型+1跳过的应该是一个整形，而不是40个字节。

除此之外，任何地方使用数组名，数组名都表示首元素的地址。

---

使用指针访问数组

有了前面知识的支持，再结合数组的特点，我们就可以很方便的使用指针访问数组了。
为什么在访问数组的时候可以使用指针呢？
1.因为数组在内存中是连续存放的，只要是连续存放的，只要找到第一个，就可以顺藤摸瓜找到其他的了。
2.指针±整数的运算，方便我们获得每一个元素的地址

接下来我们写个代码，实现用指针访问数组，给数组的每个元素输入值，再输出值。
注意：
数组就是数组，是一块连续的空间（数组的大小与元素个数和元素类型都有关系）
而指针（变量）就是指针（变量），是一个变量（通常是4/8个字节）
那么它俩之间的联系是什么呢？
数组名是地址，是首元素的地址，可以使用指针来访问数组

拓展：
我们知道arr[i]与*(arr+i)这两种写法是完全等价的，并且*(arr+i)里面的式子是加法，加法是支持交换律的。所以arr[i]==*(arr+i)==*(i+arr)
我们代入代码中看会不会错：

结果也是正确的。
既然这三个等价：arr[i]==*(arr+i)==*(i+arr)
*(arr+i)可以写成arr[i]，那么*(i+arr)可不可以写成i[arr]呢？
我们带入代码试试：

我们发现即使是这样程序也没有问题。那么这说明了什么呢？
我们知道[]是个下标引用操作符，既然加号操作符+可以实现：1+2可以写成2+1；那么，arr[i]也就可以写成i[arr]了
提示：这种方式虽然可行，但是不推荐。
因为这样写不利于阅读代码。

---

一维数组传参的本质

数组我们学过，数组是可以传递给函数的，现在我们讨论一下数组传参的本质。
首先从第一个问题开始：
写个函数实现数组元素的打印，我们之前都是在函数外部计算数组元素的个数：

那我们可以只把数组传给函数，少传一个参数。然后在函数内部求数组的元素个数再打印数组嘛？
此时我们这样写却出现错误，数组里的元素只打印了一个，这是为什么呢？我们进行调试：

• 按F11开始调试，创建数组执行完后打开监视，查看创建的数组有没有问题：
  
• 发现创建数组没有问题后按F11进入函数内，在监视里输入arr,10查看数组传参有没有问题：
  此时数组的传参也没有问题，我们继续调试。
• 当我们继续往下执行的时候却发现原本期望的值是10，这里sz却显示的是1
  如果sz是1的话，在下面循环中只能循环一次，所以也就只能打印第一个元素的。
  此时就找到了问题所在，是sz出问题了。

所以这为什么会算错呢？
我们之前讲过，数组传参有两个例外：sizeof(数组名)， &数组名。
只有这两种例外表示的是整个数组，而现在这段代码中的Print(arr)并不算这两种情况，所以此时传的是首元素的地址。

那我们将首元素的地址传过去，Print()函数接收不应该用指针嘛？
这个函数接收的正确写法就应该是int* p这样的指针来接收。

那为什么我们之前用int arr[10]这样数组的形式去接收呢？
因为数组传参的时候，形参的部分是可以写成数组的形式的。对于我们之前初学来说，传的是数组，就用数组来接收，这样讲法对于我们初学接受度很好。
形参的部分虽然可以写成数组的形式，但是本质上还是指针变量（地址）。就相当于这个地方是int* arr
既然Print()不属于那两种例外，所以传的就是个地址，形参也就是个指针变量。
那么下面的sizeof(arr)就不是求一个数组的大小了，而是求一个指针变量的大小：
在x86的环境下，无论什么类型的指针，都是4个字节。

所以数组传参的时候，形参是可以写成数组的形式的，但是本质上还是一个指针变量（地址），下面要求大小的时候sizeof(arr)求的就不是一整个数组的大小，而是首元素地址的大小。
所以int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0])是得不到元素个数的

还有一点要说明：
我们说数组传参的时候传的是首元素的地址（假设是0x0012ff40），所以传给函数的地址也是0x0012ff40。
所以我们在这个函数里使用的都是0x0012ff40这个地址
既然实参使用的是0x0012ff40，形参也是使用0x0012ff40，那么实参跟形参使用的数组不就是一样的嘛？
所以我们得到以下结论：

• 数组传参的本质是传递了数组首元素的地址，所以形参使用的数组跟实参使用的数组一定是同一个数组。
• 既然形参使用的数组跟实参使用的数组是同一个数组，所以形参的数组是不会单独再创建数组空间的，形参的数组是可以省略掉数组大小的：
  
  注意：无论形参部分写不写10，都不影响下面int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0])这个表达式（正确写法时这个表达式一定要放在函数外面！）

接下来我们将这段错误代码改过来：
1.既然数组传的是地址，函数的形参就写成指针
2.求数组元素的表达式放在函数外面
正确代码：

---

冒泡排序

冒泡排序解决的是排序的问题。
冒泡排序的核心思想就是：两两相邻的元素进行比较。
假设我们这里有一串降序的数字：9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
我们要排成升序：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ，此时该怎么用冒泡排序排成升序呢？


就这样一对一对的比较下去，最后9会到最后：

因为9是最大的一个元素，所以它无论与谁进行比较，都来到最后一位。
这样将9放在最后，我们叫做一趟冒泡排序
所以剩下该解决9前面的数字

所以，一趟冒泡排序解决一个数字。第一趟解决了最大的，第二趟解决了次大的…
那么这个地方有10个元素，要有几趟冒泡排序呢？
9趟。因为前9个数字在进行冒泡排序后，已经在它们应该在的位置上了，最后一个数字自然而然就在它应该在的位置上。
所以是n个元素的时候，我们需要进行n-1趟冒泡排序。

我们开始写代码进行实现：

• 先将元素和排序的函数创建出来

• 当我们把排序函数名字写好之后就是传参了，因为我们要排的是这个数组，所以数组需要传进函数。
  并且冒泡排序的趟数得依据元素的个数，而函数内部不能求元素个数，所以得在主函数里面求元素的个数

• 接下里写冒泡排序里的内容

  • 写形参：指针接收数组（用数组形式也行），int sz接收元素个数。
    因为这个函数只用排好序就行了，所以返回类型写个void就可以了。

  • 因为冒泡排序是一趟解决一个元素，所以首先要考虑趟数
    上面我们说过，当有n个元素的时候，我们需要进行n-1趟冒泡排序，所以i<sz-1

  • 趟数确定后就思考一趟的排序过程：
    一趟排序的过程就是两个相邻元素之间相比较，我们创建一个变量j视为元素下标，使得相邻两元素之间相比较。

  • 接下来我们分析：一趟冒泡排序要进行多少对比较。
    以上面的例子来说，当我们进行第一趟冒泡排序的时候，待排序的元素有10个，需要进行9对比较
    所以代码循环次数可以写成这样，控制9次相邻元素进行比较
    
    但是我们发现：当我们进行第二趟冒泡排序的时候，待排序的元素有9个，需要进行的是8对比较
    所以比较次数也与趟数有关：
    当第一趟冒泡排序时有10个待排元素，我们要进行9对比较；
    当第二趟冒泡排序时有9个待排元素，我们要进行8对比较；
    即第三趟冒泡排序时有8个待排元素，我们要进行7对比较…
    所以我们将循环次数改为：j<sz-1-i（因为i控制了趟数）
    
    此时当第一趟冒泡排序的时候，就可以进行9对比较；第二趟冒泡排序的时候，就可以进行8对比较了…

• 在冒泡排序函数执行完之后，我们写个函数将这个被排完序的数组打印出来：
  

完整的代码为：

void bubble_sort(int arr[], int sz)
{//趟数int i = 0;for (i = 0; i < sz - 1; i++){//一趟排序的过程int j = 0;for (j = 0; j <sz-1-i ; j++){if (arr[j] > arr[j + 1]){int tmp = arr[j];arr[j] = arr[j + 1];arr[j + 1] = tmp;}}}
}void print_arr(int arr[], int sz)
{int i = 0;for (i = 0; i < sz; i++){printf("%d ",arr[i]);}
}int main()
{int arr[] = {9,8,7,6,5,4,3,2,1,0};//排序int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);//元素个数bubble_sort(arr,sz);//打印print_arr(arr,sz);return 0;
}

打印出的结果：

注意：这段代码是可以优化的。
当需要排序的数组本身是接近有序的情况时：9 0 1 2 3 4 5 6 7 8，此时只需要进行一趟冒泡排序就可以变成：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
那我们该怎么进行优化呢？

• 我们定义一个变量flag，在进行每趟冒泡排序之前都假设这趟元素已经有序：

• 如果这趟数组不是有序的，将flag改为0：
  例如9 0 1 2 3 4 5 6 7 8这个数组第一趟冒泡排序时9与0交换了，所以这趟并不是有序的，就将flag改为0，进行下一趟的比较。
  

• 下一趟全部比较完后发现并没有进入到if语句中（0 1 2 3 4 5 6 7 8 98次比较全部不符合if中的表达式，没进入if语句中），所以flag还是为1，此时就可以跳出循环，不再进行第3趟、第4趟的比较排序了。
  
  注意：这个break跳的是这个循环，break是在这个循环里的
  

所以，当任何一对元素交换了，就说明这一趟的元素不是有序的，就得进行下一趟的元素比较、交换。
若是下次没有元素的交换，就说明这一趟的元素就是有序的，不用再进行下一趟了，所以直接跳出循环。

---

二级指针

我们写段常见的代码：

这就是我们之前用的一级指针。
那么什么是二级指针呢？
我们根据上面这段代码画出图：

既然p也有地址，那么我们就可以通过&p拿到p的地址，然后放进变量pp里。此时pp就存放着一个一级指针变量的地址，我们叫pp为二级指针。

那么pp的类型该怎么写呢？
pp的类型为int**，完整写法：int** pp=&p;
对于这个类型int**我们该怎么去理解呢？
首先我们要知道，int**是二级指针的类型。
所以一级指针与二级指针的类型理解思路是一样的，分两部分理解：

• 最后一个*说明该变量是指针
• 前面一部分说明该变量指向的对象类型

那么，此时p+1与pp+1各自跳过几个字节呢？
我们知道，指针±整数与指针的类型有关。因为p是整形指针，指向的对象为整形，所以p+1跳过4个字节。
那么pp+1呢？
因为pp指向的是int*类型的变量，也就是指针变量。
所以我们就要看指针变量的大小为多少，就跳过几个字节。有可能是4个字节，也有可能是8个字节。

如果我们想取出pp的地址可以吗？
当然是可以的，此时得写成：int*** ppp=&pp;
同样的：int**说明ppp指向的对象（pp）是int**类型的，最后一个*说明ppp是指针变量。此时ppp就是一个三级指针。
可以一直往下推，但是不建议。

那么二级指针到底是怎么样用的呢？
如果我们要通过pp找到p有什么办法呢？
解引用pp将p的地址打印出来：

*pp——访问pp里存的地址，找到这个地址后拿该地址里的数据（对pp里的地址进行解引用）

我们也将a的地址打印出来，看看*pp的值是不是a的地址

发现值确实一样。
我们通过对二级指针解引用，可以找到一级指针内存的数据，再进行解引用，就可以找到10了.

*pp==p==&a;
//通过对pp里的地址解引用找到p（a的地址）
//对*pp再次解引用：
**pp==*p=10

所以，对二级指针变量两次解引用可以间接的找到10.

---

指针数组

指针数组是指针还是数组呢？
答案是数组。
我们类比一下：整型数组，是存放整型的数组；字符数组，是存放字符的数组。

所以指针数组，是存放指针的数组。

指针数组的每个元素都是地址，可以指向⼀块区域

那么指针数组有什么用呢？
我们可以用指针数组模拟二维数组。

---

指针数组模拟二维数组

举例：

当我们写下这样的代码的时候，我们知道，这三个数组各自是一块内存空间，在内存里也并不是连续存放的，可能离得很远。

如果我们想把这三块空间弄成二维数组：将这三个数组分别当成二维数组的第一行、第二行、第三行。

我们该怎么办呢？
因为数组名是首元素的地址，我们将这三个数组首元素的地址放入到一个指针数组arr中，通过访问这个指针数组，再访问到这三个数组。
这样就可以模拟出一个二维数组了：

当我们写上arr[0]的时候，就是访问arr数组中arr1这个元素，而这个元素是arr1数组首元素的地址，所以我们就可以在这个地址的基础上进行+整数，进行arr1数组元素的遍历。
同理，当我们写上arr[1]的时候，就是访问arr数组中arr2这个元素，而这个元素是arr2数组首元素的地址，所以我们也就可以找到arr2数组中的每个元素了…

//可以看作访问第一行所有元素
arr[0][j];  j:0~4//访问第二行所有元素：
arr[1][j];  j:0~4//访问第三行所有元素：
arr[2][j];  j:0~4

这样就实现了指针数组模拟二维数组

因为arr1共有5个元素，首元素地址+0为元素1的地址，首元素+1为元素2的地址…首元素+4就为元素5的地址了，所以整数j的取值范围就为0~4

我们继续写代码：

实现了每个元素的打印。

注意：这种写法并不是真的二维数组，真的二维数组在内存中是连续存放的，而这种写法只是通过地址将三个分散的数组看为三行，再进行打印，这里的arr并不是真的二维数组。

那么既然arr并不是真的二维数组，那么代码中的打印为什么要写成二维数组的形式呢？

因为：