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6.4 指针与数组
变量在内存存放是有地址的，数组在内存存放也同样具有地址。对数组来说，数组名就是数组在内存安放的首地址。指针变量是用于存放变量的地址，可以指向变量，当然也可存放数组的首址或数组元素的地址，这就是说，指针变量可以指向数组或数组元素，对数组而言，数组和数组元素的引用，也同样可以使用指针变量。下面就分别介绍指针与不同类型的数组。
6.4.1 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。
int a[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
main( )
{
int n,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("M", a[n]);
printf("\n");
}
运行程序：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
1------output!
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
[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
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);
printf("2------output! \n");
for(n=0; n<=9; n++)
printf("M", *(ptr+n));
printf("\n");
}
运行程序：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
2------output!
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
[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);
printf("3------output! \n");
for(n = 0; n<=9; n++)
printf("M", *(a+n));
printf("\n");
}
运行程序：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
3------output!
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
[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]);
printf("4------output! \n");
for(n = 0; n<=9; n++)
printf("M", ptr[n]);
printf("\n");
}
运行程序：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
4----output!
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
[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++);
printf("5------output! \n");
ptr = a; / *指针变量重新指向数组首址* /
for(n = 0; n<=9; n++)
printf("M", *ptr++);
printf("\n");
}
运行程序：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
5-----output!
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
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printf(“M”, *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100 2。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++);
printf("4------output! \n");
for(n = 0; n<=9; n++)
printf("M", *ptr++);
printf("\n");
}
程序与例6 - 9相比，只少了赋值语句p t r = a；程序的运行结果还相同吗？
6.4.2 指针与二维数组
定义一个二维数组：
int a[3][4];
表示二维数组有三行四列共1 2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。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： p t r = 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
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("M",*(a[i]+j)); /* *(a[i]+j) 是地址法所表示的数组元素* /
printf("\n");
}
}
运行程序：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4
5 6 7 8
9 1 0 1 1 1 2
[例6 - 11] 用指针法输入输出二维数组各元素。
#include
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("M", *ptr++);
printf("\n");
}
}
运行程序：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4
5 6 7 8
9 1 0 1 1 1 2
对指针法而言，程序可以把二维数组看作展开的一维数组：
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 < 12;i++)
printf("M", *ptr++);
printf("\n");
}
运行程序：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2
6.4.3 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
main( )
{
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;
for(n = 0; n < = i - 1; n++) / *输入数据* /
scanf("%d", &a[n]);
max = sub_max(ptr, 10); / * 函数调用，其实参是指针* /
printf("max = %d\n", max);
}
int sub_max(b,i) / * 函数定义，其形参为数组* /
int b[],i;
{
int temp,j;
temp = b[0];
for(j = 1; j < = 9; j++)
if(temp return temp;
}
程序的main( )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ptr，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。
main( )函数完成数据的输入，调用子程序并输出运行结果。sub_max( )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：
1 3 5 7 9 2 4 6 8 0
max = 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>
main( )
{
int sub_max();
int n,a[10],*ptr=a;
int max;
for(n = 0; n<= 9; n++)
scanf("%d", &a[n]);
max = sub_max(ptr, 10);
printf("max = %d\n",max);
}
int sub_max(b,i) / *形式参数为指针变量* /
int *b,i;
{
int temp,j;
temp = b[0]; / *数组元素指针的下标法表示* /
for(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ptr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：
1 3 5 7 9 2 4 6 8 0
max = 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>
main( )
{
int sub_max();
int n,a[10],*ptr=a;
int max;
for(n = 0; n <= 9; n ++)
scanf("%d", &a[n]);
max = sub_max(ptr, 10);
printf("max = %d\n", max);
}
int sub_max(b,i)/ *子程序定义* /
int *b,i;
{
int temp,j;
temp = *b ++;
for( j = 1; j <= i - 1; j ++)
if(temp<*b) temp=*b++;
return temp;
}
在程序中，赋值语句temp = * b ++；可以分解为：temp = *b；b ++；两句，先作temp = *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>
main( )
{
int *max();/* 函数声明* /
int n,a[10],*s,i;
for( i = 0; i < 10; i ++ ) / * 输入数据* /
scanf("%d",a+i);
s = max(a, 10); / *函数调用* /
printf("max = %d, index = %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* /
for(p = a, t = a; p - a < n; p ++)
if(*p>*t) t=p;
return t;
}
在max（）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main( )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：
1 3 5 7 9 2 4 6 8 0
max = 9, index = 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：
原始数据3 8 2 5
第一次相邻元素比： 3 8 2 5
第二次相邻元素比： 3 2 8 5
第三次相邻元素比： 3 2 5 8
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
main( )
{
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* /
input(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* /
sort(p, N); / *排序，实参p是指针变量* /
output(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*/
scanf("%d", &arr[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 - arr < n; ptr ++) / *输出数组的n个元素* /
printf("%4d", *ptr);
printf("\n");
}
运行程序：
3 5 7 9 3 23 43 2 1 10
1 2 3 3 5 7 9 10 23 4 3
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：
| 实参 |
实参 |
形参 |
| 1 |
数组名 |
数组名 |
| 2 |
数组名 |
指针变量 |
| 3 |
指针变量 |
数组名 |
| 4 |
指针变量 |
指针变量 |
在函数的调用时，实参与形参的结合要注意所传递的地址具体指向什么对象，是数组的首址，还是数组元素的地址，这一点很重要。
[例6-16] 用指向二维数组的指针作函数的参数，实现对二维数组的按行相加。
#include <stdio.h>
#define M 3
#define N 4
main( )
{
float a[M][N];
float score1,score2,score3, *pa=a[0];/* 指针变量p a指向二维数组* /
/* score1,score2,score3 分别记录三行的数据相加* /
int i,j;
void fun();
for(i = 0; i < M; i ++)
for(j=0;j<N; j++) / * 二维数组的数据输入* /
scanf("%f", &a[i][j]);
fun(pa, &score1, &score2, &score3);
/ *函数调用，不仅传递数组首地址，还要传递变量的地址* /
printf("%.2f, %.2f, %.2f\n", score1, score2, score3);
}
void fun(b,p1,p2,p3)
float b[ ][N],*p1,*p2,*p3;
{
int i,j;
*p1 = *p2 = *p3 = 0 ;
for(i = 0; i < M; i ++)
for(j = 0; j < N; j ++)
{
if(i==0) *p1=*p1+b[i][j]; / *第0行的数据相加* /
if(i==1) *p2=*p2+b[i][j]; / *第1行的数据相加* /
if(i==2) *p3=*p3+b[i][j]; / *第2行的数据相加* /
}
}
程序中与形式参数p 1、p 2和p 3相对应的是实际参数&score1、&score2和&score3，其实际含义为p1 = &score1等，即将变量的地址传递给指针变量达到按行相加。
运行程序：
1 2 3 4
3 4 5 6
5 6 7 8
10．00，18．00，26．00
[例6-17] 求解二维数组中的最大值及该值在二维数组中的位置。
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>
main( )
{
int a[3][4],*ptr,i,j,max,maxi,maxj;
/ * max 是数组的最大， maxi 是最大元素所在行， maxj 是最大元素所在列* /
for(i = 0; i < 3; i ++)
for(j = 0; j < 4; j ++)
scanf("%d", &a[i][j]);
ptr = a[0]; / * 将二维数组的首地址传递给指针变量* /
max_arr(ptr, &max, &maxi, 12);
maxj = maxi % 4; / * 每行有四个元素，求该元素所在列* /
maxi = maxi / 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， p1指向最大值，p2 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;
for(i = 1; i < n; i++) / * 找最大* /
if (b[i]>*p1)
{
*p1=b[i]; *p2=i;
}
}
运行程序：
4 7 8 9
3 7 9 3
1 5 2 6
max=9,maxi=0,maxj=3
6.4.4 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);
}
good morning!
good morning!
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： char str[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);
}
good morning!
good morning!
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( )
{
char str[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* /
printf("\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("input str1:");
gets(str1); / *输入str1*/
printf("input str2:");
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 ++。
运行程序：
input str1: I love China!
input str2: I love Chengdu!
str1--------------------str2
I love China! ....... I love Chengdu!
str1--------------------str2
I love Chengdu! ....... I love Chengdu!
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("input str1:");
gets(str1);
printf("input str2:");
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);
}
input str1: I love China!
input str2: I love Chengdu!
str1--------------------str2
I love China! ....... I love Chengdu!
str1------------------------------------------str2
I love China! I love Chengdu! ...... I love Chengdu!.
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。
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