指针和数组关系初探

作者：朱金灿

<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

来源：http://blog.csdn.net/clever101

指针是C语言中的精髓。《高质量C++编程指南》的作者林锐就曾说过：不会正确使用指针，肯定算不上是合格的程序员。昨晚我思考了一宿，自认找到了理解指针的正确途径。本文试图通过探究指针和数组的关系去研究指针。

一般的C语言教科书上都会有这样的话：指针就是地址，数组名就是指针的首地址。这些不能不说是错误的，但是却没有深入进去，学生很难有较深的理解。

我认为从本质上看，数组是一个单独的内存块，指针是单独一个内存单元。这个原理也许谁都懂。理解指针和数组，我觉得还要理解编译器的运行原理。比如，简单的如下面的几行代码，你知道编译器做了哪些工作吗？

1. floatx=123.456;
2. doublep=3.1415926;
3. printf("%7.2f/n",x);
4. printf("%7.2lf/n",p);
5. printf("%-7.2f/n",x);
6. printf("%-7.2lf/n",p);

上面几行代码，在VC中编译往往会出现一个警告：warning C4305: 'initializing' : truncation from 'const double' to 'float'。大意是将double型数据非法截断为float型。这个警告是针对第一行的。也许你会说：123.456不是浮点型吗？原因在哪儿呢？
这简单的一行程序，对于编辑器来说，要做两个步骤：一是开劈变量，二是斌值。然而，编译器在这两步前就已经做了一步：开劈常量。注意：你会说这个程序里压根儿没有const。
但是，程序在这样处理的：在开劈变量之前，首先把你的程序扫描一遍，凡是你输入的数值、字符全部视为常量存放起来。所以，这么简单的一句话，不仅仅是开劈一个变量，
在此之前早就开劈了一个常量。它的类型是double，值为2.34。你所要做的，就是提醒译器“这是float型”，你把这行改为：float x = <?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" /><chmetcnv w:st="on" unitname="F" sourcevalue="2.34" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">2.34f</chmetcnv>;即可。现在你还看不到这个程序和我们要谈的话题的关系，但等下你会看到的。

本文试图通过一些例子来说明问题。首先我想请读者思考下面的问题：

例子一是那个著名的字符串复制程序：

1. #include<stdio.h>
2. #include<iostream.h>
3. voidstrcpy(char*strDin,char*strSrc)
4. {
5. while(*strSrc!='/0')
6. {
7. strDin++=strSrc++;
8. }
9. }
10. voidmain()
11. {
12. charp[15]="helloworld";
13. charq[20];
14. strcpy(q,p);
15. printf("%s",q);
16. }

这个程序会有一个错误。错误行为strDin++=strSrc++;编译器会提示说：=左边应是一个左值。你会问：为什么会有这个错误？我暂时不公布答案，我们继续看例子。

这是一个《高质量C++编程指南》里的例子：

1. chara[]=“hello”;
2. a[0]=‘X’;
3. cout<<a<<endl;
4. char*p=“world”;
5. p[0]=‘X’;
6. cout<<p<<endl;

注意这个程序编译是并没有错误，但运行时会出现内存不能written的错误。为什么？

例子三：

1. #include<iostream.h>
3. intmain(void)
4. {
5. chara[20];
6. a="hello";
7. cout<<a<<endl;
8. return1;
9. }

这个程序会有一个错误：'=' : cannot convert from 'char [6]' to 'char [20]'。大意是=不能将char [6]转化为char [20]。你可能会问：为什么？

现在我开始公布我的思考成果。我觉得问题的本质是一个常量与变量的问题，或者说是一个权限问题。为什么strDin++=strSrc++;这句不能实现字符复制。其实我们把这行代码分解一下就会明白.

strSrc++;

strDin++;

strDin= strSrc;

首先我们明确strDin和strSrc都是一个字符指针变量，它有权改变放在自己的值。比如比如你可以给strDin和strSrc赋任何值。

问题是你有权改变自己，却无权改变他人。假设strDin对应的值是1000，strDin对应的值是2000，

strSrc++; // 这时strSrc变为1002

strDin++; // 这时strDin变为2002

strDin= strSrc; //strDin==2002。

你想这样有何不可呢？这样是可以的。但是你不要忘记，strDin是一个字符指针，也就是说strDin是一个内存地址，当strDin==2002时，你想你有权力改变2002这个内存单元的值吗？显然这样是无法复制字符串的。

在例子2中你会看到char a[]变为“Xhello”.但是字符串p并没有改变。你可能会为p抱不平：为什么数组a的字符可以改变，而指针p不能改变呢？这时因为“world”是一个常量字符串。char *p = “world”; 这一句编译器首先是找一个内存块把“world”这个常量字符串存诸起来，然后把首地址赋给p。因为这是一个常量字符串，也就是说它的字符是不能改变的。你可以去读这个字符串，却不能改动这个内存块的任何内容。那为什么数组a可以改变呢？因为数组a开辟的是一个内存块，它对这个内存块既可读又可写。这时你可能会说：数组可以转化为用指针表示，而指针却不一定能转化为数组。这种说法是有一定道理的。

在例子3，为什么不能这样给字符数组a赋值呢？道理是一样的。a="hello";只是把常量字符串的首地址赋给a，但是数组a的首地址是一个常量，在定义时编译器已经开辟了一个空间给它。你可能会问：为什么char a[]="hello";这时因为数组a对开辟的这个内存块拥有绝对的权力，既可以读又可以写。这好比某个人在城东有一块土地，他可以在这块土地上种任何庄稼，但他却不能将这块土地从城东搬到城西。

相对而言，一级指针还好理解点。二级指针就不一样了。特别是二级指针和二维数组之间的关系，更让人捉摸不透。我觉得学习原理的最好方法做实验。对程序而言就是想办法编一些例程去验证，从而得出一些结论。下面是我的一个例程：

1. #include<stdio.h>
3. voidPrintfArray(int*pArray)
4. {
5. for(inti=0;i<2;i++)
6. {
7. for(intj=0;j<2;j++)
8. printf("%d",*(pArray+i*2+j));
9. }
10. printf("/n");
11. }
15. intmain(void)
16. {
17. inta[2][2]={1,2,3,4};
18. int**pNum=newint*[2];
19. inti=0;
20. intj=0;
21. for(i=0;i<2;i++)
22. {
23. pNum[i]=newint[2];
24. }
25. for(i=0;i<2;i++)
26. {
27. for(j=0;j<2;j++)
28. {
29. *((*(pNum+i))+j)=a[i][j];
30. }
31. }
32. for(i=0;i<2;i++)
33. {
34. for(j=0;j<2;j++)
35. {
36. printf("%d",*((*(pNum+i))+j));
37. }
38. }
39. printf("/n");
40. PrintfArray(a[0]);
41. PrintfArray(pNum[0]);
42. for(i=0;i<2;i++)
43. {
44. deletepNum[i];
45. }
46. deletepNum;
47. pNum=NULL;
48. return1;
49. }

运行结果是：

指针和数组关系初探程序测试结果图1

你可能奇怪：为什么第3行和第2行的输出结果怎么不一样呢？现在我们把它的地址输出来，

把程序改为：

1. #include<stdio.h>
3. voidPrintfArray(int*pArray)
4. {
5. for(inti=0;i<2;i++)
6. {
7. for(intj=0;j<2;j++)
8. {
9. printf("%d",*(pArray+i*2+j));
10. printf("%d/n",pArray+i*2+j);//这里输出形参的地址
11. }
12. }
13. printf("/n");
14. }
18. intmain(void)
19. {
20. inta[2][2]={1,2,3,4};
21. int**pNum=newint*[2];
22. inti=0;
23. intj=0;
24. for(i=0;i<2;i++)
25. {
26. pNum[i]=newint[2];
27. }
28. for(i=0;i<2;i++)
29. {
30. for(j=0;j<2;j++)
31. {
32. *((*(pNum+i))+j)=a[i][j];
33. }
34. }
35. for(i=0;i<2;i++)
36. {
37. for(j=0;j<2;j++)
38. {
39. printf("%d",*((*(pNum+i))+j));
40. }
41. }
42. printf("/n");
43. PrintfArray(a[0]);
44. PrintfArray(pNum[0]);
45. for(i=0;i<2;i++)
46. {
47. deletepNum[i];
48. }
49. deletepNum;
50. pNum=NULL;
51. return1;
52. }

运行结果是：

指针和数组关系初探程序测试结果图2

看它们的地址也是连续啊!但是此地址已非彼地址了。在把程序改为：

1. #include<stdio.h>
3. voidPrintfArray(int*pArray)
4. {
5. for(inti=0;i<2;i++)
6. {
7. for(intj=0;j<2;j++)
8. {
9. printf("%d",*(pArray+i*2+j));
10. printf("%d/n",pArray+i*2+j);
11. }
12. }
13. printf("/n");
14. }
18. intmain(void)
19. {
20. inta[2][2]={1,2,3,4};
21. int**pNum=newint*[2];
22. inti=0;
23. intj=0;
24. for(i=0;i<2;i++)
25. {
26. pNum[i]=newint[2];
27. }
28. for(i=0;i<2;i++)
29. {
30. for(j=0;j<2;j++)
31. {
32. *((*(pNum+i))+j)=a[i][j];
33. }
34. }
35. for(i=0;i<2;i++)
36. {
37. for(j=0;j<2;j++)
38. {
39. printf("%d",a[i][j]);
40. printf("%d/n",&(a[i][j]));
41. }
42. }
43. printf("/n");
44. for(i=0;i<2;i++)
45. {
46. for(j=0;j<2;j++)
47. {
48. printf("%d",*((*(pNum+i))+j));
49. printf("%d/n",((*(pNum+i))+j));
50. }
51. }
52. printf("/n");
53. PrintfArray(a[0]);
54. PrintfArray(pNum[0]);
55. for(i=0;i<2;i++)
56. {
57. deletepNum[i];
58. }
59. deletepNum;
60. pNum=NULL;
61. return1;
62. }

运行结果为:

指针和数组关系初探程序测试结果图3

这下你该看到了吧，二级指针中行与行的地址并不是连续的，但在二维数组中第二行首元素的地址仅接着第一行末元素的地址。这是因为使用new可以开辟一段连续的内存地址，但两次new之间开辟的地址却不是连续的。这样你就明白了，为什么把二级指针pNum传进函数，却只能把头两个元素输出来。还有在二维数组中a和a[0]是同一个东西，都表示数组的首地址，而pNum和pNum[0]并不是同一样东西，pNum是pNum[0]的地址。不信，你可以把它们都输出来看一下。