C语言入坑指南-数组之谜

前言

在C语言中，数组和指针似乎总是“暧昧不清”，有时候很容易把它们混淆。本文就来理一理数组和指针之间到底有哪些异同。

数组回顾

在分析之前，我们不妨回顾一下数组的知识。数组是可以存储一个固定大小的相同类型元素的顺序集合。为了便于我们说明，假设有以下数组声明：

1 2	int a[5]; char b[] = "hello";

数组大小必须在编译期就作为一个常数确定下来。
但C99中引入了变长数组，允许数组的维度是表达式，但在数组分配内存时，其表达式的值可以被求出。
数组下标运算实际上都是通过指针进行的，也就是说a[4]与*(a+4)是等价的，甚至你会发现和4[a]也是一样的。
数组名一般代表了指向该数组下标为0的元素的指针，并且printf(“%s\n”,hello)与printf(“%s\n”,&hello[0])等效。

数组和指针不相等

考虑下面的声明：

1 2	int c[4]；//假设int占4字节 int *d;

对于上面的声明，编译器会给c预留内存空间4*4字节，并且数组名代表着指向数组第一个元素的指针。但对于d，却只为指针本身保留了内存空间。
所以此时有下面的操作：

c[3];        //合法
*(c+3);      //合法
*d;          //不合法，d指向了内存中不确定位置
c++；        //不合法，一维数组名是指针常量，常量不可修改
d++；        //可通过编译

另外，下面的两种情况也是不一样的：

1 2	char c[] = "hello"; char *d = "hello";

前者对字符数组a进行了初始化，后者将d指向了字符串常量。字符串常量存储在只读区，因此有下面的操作：

1
2
3

c[0] = 'H';  //合法，可修改数组内容
*d = 'H';    //不合法，字符串常量内容不可更改
d[0] = 'H'   //不合法

数组名的含义

绝大多数情况，数组名都代表着指向该数组中下标为0的元素的指针，但是有例外：

1 2	int e[4];//假设int为4字节 sizeof(e);

上面的sizeof(e)的值并非4或8（指针占用空间），而是4*4 = 16。也就是说，当数组名被用作运算符sizeof的参数时，它的计算结果是整个数组的大小，而非第一个元素的指针大小。
再来看下面这种情况：

1
2
3

int temp[5];
&temp + 1;
temp + 1;

在这里，&temp指向整个数组，因此+1后指向了数组末尾，而temp指向数组第一个元素，+1后指向第二个元素。

数组长度计算

如何计算数组长度？考虑下面的代码：

int f[] = {1,2,3,4,5,6};
int *g = f;
size_t len_f = sizeof(f)/sizeof(int)//正确计算方法
size_t len_g = sizeof(g)/sizeof(int)

上面的len_f和len_g的值相等吗？显然并不相等。事实上，只有len_f到了数组f的长度，而len_g的值并没有任何实际意义。

不能作为参数的数组

所谓的数组不能作为参数，并不是指声明的数组不能作为参数传递，而是指当数组名作为参数时，数组名会被转换为指向该数组下标为0的元素的指针。
而下面的两种声明，其实也是等效的：

1 2	size_t arrayLen(const int *arr); size_t arrayLen(const int arr[]);

我们来看一个例子，说明数组作为参数的情况：

#include <stdio.h>
int arraySum(const int arr[])
{
    unsigned int loop = 0;
    /*循环前计算好长度，提高性能*/
    unsigned int len = sizeof(arr)/sizeof(int);
    int sum = 0;
    if(NULL == arr)
    {
        return 0;
    }
    for(loop = 0; loop < len; loop++)
    {
        sum+=arr[loop];
    }
    return sum;   
}
int main(void)
{
    int a[] = {1,2,3,4,5,6};
    int sum = arraySum(a);
    printf("arr sum is %d",sum);
    return 0;
}

我们运行上面的程序，发现最终结果并不是我们预期的21，而是3。问题在于，a作为参数传入到arraySum中时，它是作为指针的，那么在函数内部计算sizeof(arr)自然只是得到了指针占用的内存大小。对于64位程序，这个大小是8，那么len的值为2，最终只计算了两个元素的和。

思考：该如何修改上面的程序才能得到正确的结果？

总结

我们来总结一下前面的核心内容：

数组下标运算实际上都是通过指针进行的。
数组名代表着指向该数组中下标为0的元素的指针，但有例外：sizeof(数组名)返回整个数组的大小，而非指针大小；&数组名返回一个指向数组的指针，而不是指向该数组中下标为0的元素的指针的指针。
数组名作为参数时，数组名会被转换成指向该数组下标为0的元素的指针。
指针操作可能比下标操作效率高，但可维护性却不一定有下标操作好。
数组和指针不相等。

思考

下面的代码输出结果是什么？

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