揭秘C语言的心脏:深入探索指针与数组的奥秘

来自:博客园
时间:2024-02-02
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所属专栏:C语言学习
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揭秘C语言的心脏:深入探索指针与数组的奥秘

1. strlen()和sizeof的区别

名称 区别
sizeof 1. sizeof是操作符
2. sizeof计算操作数所占内存的⼤⼩,单位是字节
3. 不关注内存中存放什么数据
strlen 1. strlen是库函数,使⽤需要包含头⽂件 string.h
2. srtlen是求字符串⻓度的,统计的是 '\0' 之前字符的隔个数
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

2. 数组名的理解

  1. sizeof(数组名),数组名单独放在括号里,这⾥的数组名表⽰整个数组,计算的是整个数组的⼤⼩。
  2. &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。
  3. 除此之外所有的数组名都表⽰⾸元素的地址。

3. 一维数组

3.1 题目

int main()
{
	//输出结果?
	int a[] = { 1,2,3,4 };
	printf("%d\n", sizeof(a));
	printf("%d\n", sizeof(a + 0));
	printf("%d\n", sizeof(*a));
	printf("%d\n", sizeof(a + 1));
	printf("%d\n", sizeof(a[1]));
	printf("%d\n", sizeof(&a));
	printf("%d\n", sizeof(*&a));
	printf("%d\n", sizeof(&a + 1));
	printf("%d\n", sizeof(&a[0]));
	printf("%d\n", sizeof(&a[0] + 1));
	return  0;
}

3.2 输出结果

揭秘C语言的心脏:深入探索指针与数组的奥秘

  • 该环境为VS2022,×64环境。后续也会在该环境下实验

3.3 解析

  1. sizeof(a),这⾥的a是数组名表⽰整个数组,计算整个数组的大小,数组每个元素是整型,一共有四个元素。所以4*4=16
  2. a+0是个表达式,这时a就是数组首元素地址,a+0仍是首元素地址,地址在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  3. a是数组首元素地址,对a解引用得到1,1是整型,所以大小为4
  4. a是数组首元素地址,a+1是第二个元素的地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  5. a[1]是数组第二个元素2,是一个整型,大小为4
  6. &a是对数组名取地址,代表整个数组的地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  7. &a的&和*相互抵消,相当于sizof(a),也就是第一步,大小为16
  8. &a+1指的是以整个数组的地址为单位,跳过整个数组之后的地址,仍是地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  9. &a[0]就是数组首元素的地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  10. &a[0]+1就是第二个元素地址,与a+1等价,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8

4. 字符数组

4.1 题目一

int main()
{
	//输出结果?
	char arr[] = { 'a','b','c','d','e','f' };
	printf("%d\n", sizeof(arr));
	printf("%d\n", sizeof(arr + 0));
	printf("%d\n", sizeof(*arr));
	printf("%d\n", sizeof(arr[1]));
	printf("%d\n", sizeof(&arr));
	printf("%d\n", sizeof(&arr + 1));
	printf("%d\n", sizeof(&arr[0] + 1));
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. sizeof(arr),这⾥的arr是数组名表⽰整个数组,计算整个数组的大小,数组每个元素是字符型,一共6个元素,1*6=6
  2. a+0是个表达式,这时a就是数组首元素地址,a+0仍是首元素地址,地址在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  3. arr是数组首元素地址,对arr解引用得到a,a是字符型,所以大小为1
  4. arr[1]是数组第二个元素b,大小为1
  5. &arr是对数组名取地址,代表整个数组的地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  6. &arr+1指的是以整个数组的地址为单位,跳过整个数组之后的地址,仍是地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  7. &arr[0]+1就是第二个元素地址,与arr+1等价,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8

4.2 题目二

int main()
{
	//输出结果?
	char arr[] = { 'a','b','c','d','e','f' };
	printf("%d\n", strlen(arr));
	printf("%d\n", strlen(arr + 0));
	printf("%d\n", strlen(&arr));
	printf("%d\n", strlen(&arr + 1));
	printf("%d\n", strlen(&arr[0] + 1));
         printf("%d\n", strlen(*arr));
	printf("%d\n", strlen(arr[1]));
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. strlen是以'\0'为标志的,如果数组里没有,会继续往内存中寻找,直到找到'\0',所以是个随机值
  2. arr+0也是首元素地址,与1同理,所以也是随机值
  3. &arr是对数组名取地址,代表整个数组的地址,为了存储方便也会以数组首元素的地址表示,所以和1.2值相同,也是个随机值
  4. &arr+1指的是以整个数组的地址为单位,跳过整个数组之后的地址,不知道'\0'在哪,所以也是随机值
  5. &arr[0]+1就是第二个元素地址,一直找到内存中的\0',是个随机值且会比1的长度少一
  6. strlen的参数要传地址进去,否则就会出错
  7. strlen的参数要传地址进去,否则就会出错

4.3 题目三

int main()
{
	//输出结果?
	char arr[] = "abcdef";
	printf("%d\n", sizeof(arr));
	printf("%d\n", sizeof(arr + 0));
	printf("%d\n", sizeof(*arr));
	printf("%d\n", sizeof(arr[1]));
	printf("%d\n", sizeof(&arr));
	printf("%d\n", sizeof(&arr + 1));
	printf("%d\n", sizeof(&arr[0] + 1));
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. sizeof(arr),计算整个数组的大小,字符串默认的结束标志为'\0',所以数组一共有7个元素,每个元素都是字符型,1*7=7
  2. arr+0是个表达式,这时arr数组首元素地址,arr+0仍是首元素地址,地址在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  3. arr是数组首元素的地址,对其解引用等到第一个元素a,a为字符型,大小为1
  4. arr[1]是数组第二个元素b,大小也为1
  5. &arr是对数组名取地址,代表整个数组的地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  6. &arr+1指的是以整个数组的地址为单位,跳过整个数组之后的地址,仍是地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  7. &arr[0]+1就是第二个元素地址,与arr+1等价,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8

4.4 题目四

int main()
{
	//输出结果?
	char arr[] = "abcdef";
	printf("%d\n", strlen(arr));
	printf("%d\n", strlen(arr + 0));
	printf("%d\n", strlen(&arr));
	printf("%d\n", strlen(&arr + 1));
	printf("%d\n", strlen(&arr[0] + 1));
	printf("%d\n", strlen(*arr));
	printf("%d\n", strlen(arr[1]));
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. strlen是以'\0'为标志的,字符串默认结束标志位'\0',所以是6
  2. arr+0也是首元素地址,与1同理,所以也是6
  3. &arr是对数组名取地址,代表整个数组的地址,为了存储方便也会以数组首元素的地址表示,所以和1.2值相同,也是6
  4. &arr+1指的是以整个数组的地址为单位,跳过整个数组之后的地址,不知道'\0'在哪,所以是随机值
  5. &arr[0]+1就是第二个元素地址,一直找到内存中的\0',会比1的长度少一,是5
  6. strlen的参数要传地址进去,否则就会出错
  7. strlen的参数要传地址进去,否则就会出错

4.5 题目五

int main()
{
	//输出结果?
	char* p = "abcdef";
	printf("%d\n", sizeof(p));
	printf("%d\n", sizeof(p + 1));
	printf("%d\n", sizeof(&p));
	printf("%d\n", sizeof(&p + 1));
	printf("%d\n", sizeof(&p[0] + 1));
	printf("%d\n", sizeof(*p));
	printf("%d\n", sizeof(p[0]));
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. 字符串存储的是首元素地址,所以p相当于首元素地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  2. 同理p+1是第二个元素的地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  3. 对p取地址,相当于得到还是地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  4. &arr+1指的是以整个数组的地址为单位,跳过整个数组之后的地址,仍是地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  5. &p[0]+1就是第二个元素地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  6. *p与p[0]都是第一个元素,大小为1

4.6 题目六

int main()
{
	//输出结果?
	char* p = "abcdef";
	printf("%d\n", strlen(p));
	printf("%d\n", strlen(p + 1));
	printf("%d\n", strlen(&p));
	printf("%d\n", strlen(&p + 1));
	printf("%d\n", strlen(&p[0] + 1));
	printf("%d\n", strlen(*p));
	printf("%d\n", strlen(p[0]));

	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. strlen是以'\0'为标志的,字符串默认结束标志位'\0',所以是6
  2. p+1就是第二个元素地址,一直找到内存中的\0',会比1的长度少一,是5
  3. &p是对数组名取地址,代表整个数组的地址,为了存储方便也会以数组首元素的地址表示,所以和1值相同,也是6
  4. &p+1指的是以整个数组的地址为单位,跳过整个数组之后的地址,不知道'\0'在哪,所以是随机值
  5. &p[0]+1就是第二个元素地址,一直找到内存中的\0',会比1的长度少一,是5
  6. *p与p[0]都是第一元素。strlen的参数要传地址进去,否则就会出错

5. 二维数组

int main()
{
	//输出结果?
	int a[3][4] = { 0 };
	printf("%d\n", sizeof(a));
	printf("%d\n", sizeof(a[0][0]));
	printf("%d\n", sizeof(a[0]));
	printf("%d\n", sizeof(a[0] + 1));
	printf("%d\n", sizeof(*(a[0] + 1)));
	printf("%d\n", sizeof(a + 1));
	printf("%d\n", sizeof(*(a + 1)));
	printf("%d\n", sizeof(&a[0] + 1));
	printf("%d\n", sizeof(*(&a[0] + 1)));
	printf("%d\n", sizeof(*a));
	printf("%d\n", sizeof(a[3]));

	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. sizeof(a),这⾥的a是数组名表⽰整个数组,计算整个二维数组的大小,数组每个元素是整型型,一共12个元素,12*4=48
  2. a[0][0]是指二维数组第一个元素,是个整型,大小为4
  3. a[0]相当于第一排首元素的地址,在二维数组中这里可以抽象理解为一维数组的数组名,单独放在sizeof中,所以4*4=16
  4. a[0]+1是一个表达式,代表第一排第二个元素的地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  5. a[0]相当于第一排首元素的地址,*a[0]就是首元素,大小为4
  6. a第一排的地址,a+1是第二排地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  7. *(a+1)等价于a[1],相当于第二排的数组名,4*4=16
  8. &a[0] + 1等价于a=1,即第二排地址,在×86环境下大小为4,在×64环境下大小为8
  9. *(&a[0] + 1))等价于*(a+1),与7相同,大小为16
  10. *a相当于第一排的数组名,大小也为16
  11. 因为sizeof只是根据类型判断,所以不会管是否越界,所以仍相当于一排的数组名,大小为16

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6. 指针深度理解

6.1 题目一

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

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. a是首元素的地址,a+1是指第二个元素的地址,对其解引用就是第二个元素,也就是2
  2. &a+1跳过整个数组,在被强制类型转换为int*,减1指向5,解引用就是5

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6.2 题目二

#include<stdio.h>
//在X86环境下
//假设结构体的⼤⼩是20个字节
//程序输出的结构是啥?
struct Test
{
	int Num;
	char* pcName;
	short sDate;
	char cha[2];
	short sBa[4];
}*p = (struct Test*)0x100000;
int main()
{
	printf("%p\n", p + 0x1);
	printf("%p\n", (unsigned long)p + 0x1);
	printf("%p\n", (unsigned int*)p + 0x1);
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. p的地址是0x100000,是十六进制表示,加1跳过一个结构体大小(20),十六进制表示就是00100014
  2. p被强制类型转换为无符号长整型,加1相当于加上数字1,就为00100001
  3. p被强制类型转换为无符号整型的指针,加1跳过一个整型,为00100004

6.3 题目三

#include <stdio.h>
//输出什么?
int main()
{
	int a[3][2] = { (0, 1), (2, 3), (4, 5) };
	int* p;
	p = a[0];
	printf("%d", p[0]);
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. 括号表达式从左往右依次计算,取最后一次的值,所以数组中元素简化为1,3,5
  2. p[0]就是数组的首元素,为1

6.4 题目四

//假设环境是x86环境,程序输出的结果是啥?
#include <stdio.h>
int main()
{
	int a[5][5];
	int(*p)[4];
	p = a;
	printf("%p,%d\n", &p[4][2] - &a[4][2], &p[4][2] - &a[4][2]);
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. 首先我们得知道数组在内存中是连续存储的
  2. p的类型为int(*p)[4],p[4][2]等价于*(*(p+4)+2),也就是说把p跳过4个以int(*p)[4]类型的距离,跳过2个整型
  3. 示意图如下,蓝色代表p[4][2],红色代表a[4][2]

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  1. &p[4][2] - &a[4][2]之间差四个元素,值为-4,又因为地址是无符号的整数,所以发生整型提升

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6.5 题目五

#include <stdio.h>
//输出什么?
int main()
{
	char* a[] = { "work","at","alibaba" };
	char** pa = a;
	pa++;
	printf("%s\n", *pa);
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. 这是一个指针数组,每个元素类型为char*,分别指向一个字符串,如图

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  1. pa++跳过一个char*的地址指向第二个元素,对其解引用得到at

6.6 题目六

#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);
	printf("%s\n", *-- * ++cpp + 3);
	printf("%s\n", *cpp[-2] + 3);
	printf("%s\n", cpp[-1][-1] + 1);
	return 0;
}

(1) 输出结果

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(2) 解析

  1. 由图可知cpp++指向c+2,再两次解引用得到"POINT"的首元素地址

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  1. cpp先++指向c+1,解引用得到c+1,再--得到c解引用得到ENTER的首元素地址,+3得到E的地址

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  1. *cpp[-2]等价于**(cpp-2),cpp-2指向c+3,两次解引用得到FIRST的首元素地址,+3得到S的地址

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  1. cpp[1][-1]等价于*(*(cpp-1)-1),这时候cpp指向的是第一个c,cpp-1再解引用得到c+2,再-1解引用得到NEW的地址,最好加1得到E的地址

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