第 16 講：數(shù)組和指針
上文我們基本上了解清楚了指針的基本用法和操作，不過，光是變量操作的指針模型可能過于單一，所以今天我們要看的是數(shù)組和指針的用法。
一維數(shù)組和指針
首先講一下簡單的一維數(shù)組和指針。首先你要明白一個東西，數(shù)組它其實除了是一系列數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理的集合外，它還有一個用的方式：指針形式。
我們可以使用指針，將數(shù)組改變?yōu)橹羔?，然后對變量名操作來達(dá)到操作內(nèi)部數(shù)據(jù)的方式。比如之前我們講到的數(shù)組的聲明和使用。我們先來看一下基本的使用數(shù)組的方式。
這樣寫起來很輕松，不過呢，我們除了使用中括號來找出數(shù)據(jù)外，還有一種寫法：
注意看清楚，*p 和 b 變量，一個是指針變量，另一個則是一個普通的存數(shù)值的變量。我們再看右側(cè)，a 只是一個數(shù)組名啊，為什么數(shù)組名字還可以加一個 2 和 3 呢？
這是因為，數(shù)組名本身除了表示它是一個數(shù)組的名字外，它也是一個指針，且這個指針指向 a[0]。換句話說，數(shù)組名除了表示數(shù)組的名稱外，它還是一個指針變量，這個指針的位置上存的數(shù)據(jù)是 a[0] 的地址。
那么，對于地址加 2 來說，我們就很清楚了。因為數(shù)組是順序存儲數(shù)據(jù)的，每一個數(shù)據(jù)都是挨著放的，所以加 2 的話，自然就表示 a[2] 了。不過，a + 2 是真的 a[2] 嗎？當(dāng)然不是。剛說到，a 是指針，所以加了 2，還是一個指針，這個性質(zhì)是沒有變的。不會因為它是指針，加了數(shù)值之后變成了數(shù)值。所以 a + 2 其實是 &a[2]。換句話說：
p 和 q
p 和 q 也是一樣的，只要沒有找出數(shù)組存儲的范圍（如果數(shù)組只有 5 個元素，那么這里的 C 就最好別超過 4，如果 C = 5 甚至大于 5，都會出現(xiàn)超出訪問數(shù)組的范圍的隱藏 bug）。
所以，為了取出數(shù)值，還需要取值符號 *。所以相當(dāng)于這樣：
看懂上面的寫法了嗎？那么現(xiàn)在來做個等效代替：
因為取地址和取值是一對相反的運(yùn)算，所以可以同時去掉。
另外，它還可以寫作
你可以理解一下，這一點是為什么。
一維數(shù)組配合自增自減運(yùn)算符
一個復(fù)雜但重要的例子
我們來看一下，指針變量在配合自增自減運(yùn)算符后的意思的理解。我們先來看示例和運(yùn)行后的結(jié)果，來理解它們。
這里提到了七個不同的語句寫法：
*p++(*p)++*(p++)*(p+1)*p+1*++p*(++p)
最后發(fā)現(xiàn)數(shù)值除了一個數(shù)有些奇怪（*t + 1）外，其他都還算比較正?！，F(xiàn)在我們來一個一個理解。
解釋
第一個為什么是 1 呢？因為 *p++ 的自增符號在后，所以先不會改變值，而是先被取值。p 最開始指向了 a，就表示語句 p = &a[0]。由于自增符號在后，所以輸出的應(yīng)為 a[0]，即 1。
第二個為什么還是 1 呢？因為剛說過了，自增符號在后，所以打不打括號其實都是先取值。所以輸出的值也是 1。
第三個為什么是 2 呢？好像怎么看，自增運(yùn)算符都不執(zhí)行啊，即使有這個括號。這其實是因為，剛才 (*q)++ 式子最開始取出了值，但因為自增在后，所以輸出原來的 1，但后面的自增符號使得 a[0] 從 1 變?yōu)榱?2。所以 *(r++) 雖然打了括號，但由于在后的關(guān)系，數(shù)值不會發(fā)生改變，但 a[0] 已經(jīng)變?yōu)榱?2，所以自然取出數(shù)值時，就是 2 了。
第四個則比較好理解，*(s + 1) 自然取的是 a[1] 的值，故為 6。
第五個，這里括號不見了，可是為什么變成3了呢？*t + 1 語句下，是先取了 a[0] 的值，然后對值再加 1，所以自然是 2 + 1（注意是 2 哈，剛才已經(jīng)改為 2 了，不要帶 1 進(jìn)去）。
第六個，*++u，自增符號在前，所以自然是對原本指向的 a[0] 往后移動一位，變?yōu)橹赶?a[1]。或者換句話說，++u 其實也就是 a + 1，或者是 &a[1]。所以加星號表示取其值，所以是 a[1] 的值，也就是 6 了。
第七個，和剛才不加括號是一樣的效果。
可能你會問第一個，為什么 *p++ 和 (*p)++ 不同。我是這么解釋的：*p++ 是相當(dāng)于 *(p++) 的，這個自增符號不管在哪里，始終要記得，因為它挨著變量，所以它是先會被打括號的；而取值符號 *，不一定會直接挨著變量，所以有時候并不會先計算。所以我們有一個結(jié)論：*p++和*(p++)一樣，*++p和*(++p)一樣。剛才我們在計算第六個的時候，就知道了，自增是挨著變量的，不論前后的關(guān)系，既然挨著，就肯定是先計算的咯。
所以，優(yōu)先級什么的都喂狗去吧！根本不需要去死記硬背的。
從中我們可以總結(jié)以下內(nèi)容：
*p++等價于*(p++)等價于*((&a[0])++)等價于*(&a[0]++)等價于兩個語句a[0]; &a[1];，自增符號在后，顯示數(shù)據(jù)時，自增符號不會起作用，即使使用完畢后，因為后面是&a[1]，對后續(xù)變量的操作也沒有任何影響（指針變動而不是數(shù)值變動），所以并沒有用。*++p等價于*(++p)等價于*(++(&a[0]))等價于*(++&a[0])等價于*(&a[1])等價于a[1]，自增符號在前，取a[1]。*p + 1等價于*(&a[0]) + 1等價于a[0] + 1。(*p)++等價于(*(&a[0]))++等價于(a[0])++等價于a[0]++，即a[0]使用完畢后自增 1。
最后考一個問題：
看一下，注釋表示當(dāng)前位置輸出的數(shù)值。請嘗試?yán)斫庖幌聻槭裁础?/span>
二維數(shù)組和指針
二維數(shù)組是既有行又有列的數(shù)組，所以相當(dāng)于行、列均有數(shù)組的指針。
和剛才一樣，我們先定義一個數(shù)組。
然后，這個 a 變量除了是數(shù)組的變量名外，還是一個指針。不過因為是二維的，就稍顯麻煩。
我們可以嘗試將這里的a理解成一個二重指針。它是指向指向數(shù)值的指針的指針。很繞對吧~
其實是這個意思：
因為說的是二重指針，所以在聲明指針變量時，需要兩個星號。它等效于這句話：
首先我們使用一重指針指向行上的位置，因為數(shù)組名的緣故，所以指針指向的是最初的位置 a[0]；但是因為 a[0] 在二維數(shù)組下并不是一個數(shù)，而是一系列數(shù)據(jù)（可以看作是一個數(shù)組，數(shù)組內(nèi)各自又有一個單獨(dú)的數(shù)組），所以，&a[0]實際還不夠，還要取出列下標(biāo)為 0 的情況，所以有兩層括號和兩層取地址符號。
那么，普通的指針可以這么表示：
a[0][1]
*a 表示是 a 數(shù)組的第一行的所有數(shù)據(jù)，即 &a[0]，所以上述語句可以等效為
但是依然不夠。因為 a[0] 我們剛才說過，a[0] 是一組數(shù)據(jù)，雖然光禿禿在這里寫著，沒有地址符也沒有取值符，但始終記得它相當(dāng)于是一個數(shù)組名叫 a[0]。
然后 a[0] + 1 表示將列往后移動一位，即相當(dāng)于一維數(shù)組的指針 a + 1 這樣的存在。
所以這里就表示為了 &a[0][1]?？蔀槭裁催€帶個指針呢？因為剛才就說過，一維數(shù)組的指針就帶有取地址符號，即 a + 1 等效于 &a[1]，所以自然二維數(shù)組的指針也有這樣的符號了，故 a[0] + 1 就表示 &a[0][1] 了。所以取出值還得需要一個取值符號，故 *(&a[0][1]) 就變?yōu)榱?a[0][1] 了。
所以上述語句就變?yōu)椋?/span>
明白意思了嗎？
所以第 i 行第 j 列的數(shù)值用指針表示為
三維數(shù)組？
三維數(shù)組也是，只是指針變?yōu)槿刂羔樍T了，只是就不多闡述了。它的表示可以類比這個推導(dǎo)出來：
把數(shù)組賦值給指針的退化賦值形式
前文提到了很多有關(guān)數(shù)組的聲明（定義）和賦值方式。不過數(shù)組是可以賦值給一個指針的。比如下面這樣：
這樣表示出來的 series 是一個指針，它依然指向的是 series 賦值的這個整型數(shù)組的首元素地址。所以這種方式幾乎可以認(rèn)為是等價于 int series[] = { 1, 3, 5, 7, 9 };，唯一的區(qū)別是，數(shù)組格式的聲明可以為中括號指定元素總數(shù)（5），而指針形式則不可能這么寫了。
我們常把數(shù)組賦值給指針的這種賦值行為被稱為退化賦值（Degenerated Assignment），因為它損失了數(shù)組長度這一個信息。不過，這種退化賦值卻在 C 語言里使用得非常廣泛。下面要講到的數(shù)組傳參就是典型的其中一種使用方式。
數(shù)組傳參
數(shù)組是可以用于傳參的。換句話說，數(shù)組是可以當(dāng)形式參數(shù)（形參）傳遞的。不過，古老的 C 語言只允許數(shù)組的指針寫法傳遞，而且還有著另外的寫法。因為這里用的類型不多，所以只講解一維和二維數(shù)組的傳參。
不過在此之前，我們要搞清楚數(shù)組指針和指針數(shù)組的區(qū)別。這個名字有些繞，我們不用管名字，看它怎么用。
數(shù)組指針和指針數(shù)組
首先我們來看以下兩種寫法：
p[20]
換句話說，我們借用本文最開頭的第三種理解思路：
其實就看得很清楚了。它是一個數(shù)組，有 20 個元素組成。不過這個數(shù)組全存放的是指針罷了。
這種數(shù)組稱為指針數(shù)組（存放指針的數(shù)組）。
下面這個呢？被打了括號，所以完全不同。
因為括號的關(guān)系，星號不可被拆開。所以它是什么呢？它是一個可以指向一個數(shù)組的指針。換句話說，如果我有100 個數(shù)據(jù)，被認(rèn)為劃分為了 5 個數(shù)組，每一個數(shù)組都有 20 個元素，并且它們是隨便劃分的，所以毫無關(guān)聯(lián)。
這個時候，我們可以讓這個指向數(shù)組的指針（即數(shù)組指針）分別去指向這不同的 5 個數(shù)組，來測試這些數(shù)據(jù)。
有了這些基礎(chǔ)的理論后，我們來看一下示例。
一維數(shù)組傳參
首先我們試想一個場景，求一個數(shù)組下的最大數(shù)值。這個時候，我們可以這么做：
這樣，一個數(shù)組的最大值的算法就寫好了。接下來我們來看一下，指針寫法（因為 C 語言要用數(shù)組的指針寫法來傳遞形參）。
所以首先，我們要把上面的 a[] 這個詭異的中括號里值都沒有的寫法給它改掉，改為指針寫法：
就可以了。所以在聲明時，按照可以去掉變量名稱的手段，我們可以將剛才的程序的完整版寫成這樣：
當(dāng)然，max 內(nèi)的 a[i] 等使用到數(shù)組的地方的，也可以改寫為指針寫法。當(dāng)然，這里不改也沒有關(guān)系。
注意數(shù)組傳參的過程，直接把數(shù)組名稱寫上去，而不要地址符號，也不要中括號，因為它傳遞的是一個地址數(shù)值，表示
&a[0]。
&a[0]、a 和 &a？
或許有小伙伴會對一維數(shù)組的指針三種寫法提出問題：如果我們把數(shù)組命名為 a 的話，它同時等價于首元素的地址，即 &a[0]，那么，&a 表示什么？按照道理來說，&a 表示的是這個數(shù)組變量本身的地址，而這個變量的地址不應(yīng)該就是 &a[0] 嗎？所以這么說來的話，a、&a 和 &a[0] 三者不是就完全一樣了嗎？
我想告訴你的是，這個說法目前來說確實是正確的。我們也確實經(jīng)常寫 a 來表示首元素地址，也有時候會用 &a 來“嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亍北磉_(dá)數(shù)組變量本身的地址，而由于數(shù)組變量本身而言，從這里開始存放的一系列元素就是這數(shù)組里的東西，所以 &a 和 a 這么看是等價的。不過……
在使用 + 和 - 的運(yùn)算符的時候，就可以看出它們的區(qū)別。
來看這個執(zhí)行邏輯，x、y 和 z 都得到什么結(jié)果？第一個是把數(shù)組地址加上 1，它表示往下移動 1 個單位，所以等價于 &a[0] + 1，即 &a[1]；而 z 也就是這個結(jié)果。那么中間的 y 呢？它其實表示的是，以數(shù)組整體大小為單位，往下跨越一個完整大小的空間，所以它一口氣就相當(dāng)于往后移動到指向不存在的 a[4] 上去了。所以，請不要這樣使用指針來操作數(shù)組，會立馬超出訪問范圍，出現(xiàn)致命的 bug。
二維數(shù)組傳參
二維數(shù)組依然要取出最大值，就不容易了，因為它有兩個維度。于是我們先要改寫上面的 max 函數(shù)。
注意這里，傳參的寫法，是一個數(shù)組指針，即指向數(shù)組的指針。這一點也很好理解。因為二維數(shù)組本身應(yīng)當(dāng)在處理成指針寫法時可以改為二重指針，但因為傳參的緣故，它的行列都可以變動，所以我們不能在處理函數(shù)時，行、列同時變動，即必須是“一靜一動”，不然程序就不受控了。所以我們要保證其中一個維度是靜止的（即數(shù)組形式），而另外一個維度則用指針來操作，就很輕松。所以寫成了數(shù)組指針寫法。剛才也告訴大家，數(shù)組指針是一種指針，不過這個指針是指向一個數(shù)組而不是一個數(shù)值的。當(dāng)改變指針的值時，也就相當(dāng)于移動了指針，達(dá)到測試和使用二維數(shù)組之中“一個維度下的數(shù)組”的操作。
那么它的聲明就省略變量名即可，但是因為只能省略變量名，所以括號是不能少的。
令人遺憾的返回數(shù)組的函數(shù)
聽說你想返回數(shù)組？
我們有時候也嘗試把一個數(shù)組作為返回值返回到外界來，但很遺憾的是，我們無法把返回數(shù)組的函數(shù)寫成符合我們原本理解的可能寫法：
或
這兩種寫法都是不允許的。所以我們?nèi)绾伪ＷC返回一個數(shù)組呢？
返回數(shù)組只能使用前文提到的退化賦值的方式。如果你有一個數(shù)組需要返回，我們只能寫成指針的方式返回，所以實際上的寫法是這樣的
這種寫法沒有問題，不過，很遺憾的是，它少了一個提示信息，即數(shù)組的長度，這樣返回的數(shù)組很容易出現(xiàn)越界的問題，所以你可能還會在這種函數(shù)里加上一個 out 參數(shù)表示數(shù)組長度。
不過…… 還有一個遺憾的地方。在 C 語言里，所有在函數(shù)里聲明的變量都是跟著棧內(nèi)存走的。這有什么意義呢？跟著棧走的變量聲明，會在函數(shù)執(zhí)行完畢后自動銷毀，所以，如果你嘗試返回一個函數(shù)內(nèi)定義出來的數(shù)組的話，只能很遺憾地通知你，在函數(shù)執(zhí)行完畢后，這塊內(nèi)存會被銷毀，所以你返回的這個指針其實是銷毀前的這個結(jié)果的這塊內(nèi)存，但它目前已經(jīng)被銷毀。
所以，目前我們只靠前文學(xué)到的知識點還無法做到不銷毀這些自己聲明和定義的內(nèi)容。等我們接觸到結(jié)構(gòu)體和堆內(nèi)存的時候，我們才會提到了。
總結(jié)、懸空指針和野指針的概念
所以，這一節(jié)的所有文字其實就想告訴你兩個點：第一，返回數(shù)組的函數(shù)是做不到的。非得返回數(shù)組，你也只能退化賦值，返回一個指針；第二，返回的數(shù)組對象的這個指針，即使被成功返回了，也逃不過函數(shù)銷毀時立刻銷毀內(nèi)部定義的所有變量的厄運(yùn)。所以，不要嘗試在函數(shù)里聲明（定義）一個數(shù)組，然后用指針形式返回這個數(shù)組（的首地址），這樣依然會失敗。而且，這個指針由于失去了原本指向的內(nèi)容，所以這個時候這個對象還被稱為懸空指針（Dangling Pointer）。
另外，還存在一個說法，叫做野指針（Wild Pointer），它表示一個沒有初始化的指針變量。這個指針由于沒有初始化，就和普通變量一樣，它內(nèi)部存儲的值是不明的。不過由于它是指針的關(guān)系，內(nèi)部的數(shù)值很可能是隨機(jī)的，所以這意味著這個指針表示的意思就是“隨機(jī)指向”。這是一個很可怕的概念。隨機(jī)指向很有可能破壞電腦。
static 修飾數(shù)組參數(shù)
當(dāng)數(shù)組傳入函數(shù)里的時候，我們常?？梢詫@個函數(shù)的參數(shù)加以修飾。在 C99 標(biāo)準(zhǔn)里，我們甚至可以對一個數(shù)組函數(shù)的長度作出修飾。
我們?nèi)绻褦?shù)組參數(shù)用數(shù)組格式書寫到參數(shù)上的時候，我們可以使用 static 數(shù)字 的方式來說明，這個數(shù)組參數(shù)傳入的元素總數(shù)最多只能有 10 個。當(dāng)然，這個用法有時候很有用，但有時候很雞肋。
指針的運(yùn)算
在 C 語言里，我們?yōu)橹羔樢蔡峁┝朔奖愕倪\(yùn)算符，使得我們可以通過運(yùn)算符來操作和計算內(nèi)存地址。
上文我們其實已經(jīng)用到了一部分這樣的運(yùn)算符，諸如 ++、-- 這些符號，下面要提到的是這樣的一些運(yùn)算符：
+：計算兩個地址的和，或是為一個地址增加偏移量。比如a是一個數(shù)組，a + 3將會把當(dāng)前地址往后移動 3 個元素單位。-：和上面的算法相反，這里是減法。*：將地址數(shù)值相乘。這個用法很少。/：將地址數(shù)值相除。這個用法也很少。%：把兩個地址數(shù)值以整數(shù)方式執(zhí)行取模運(yùn)算。這個用法也很少。
distance 是直接把兩個指針相減，得到的是 p 和 q 它們兩個在內(nèi)存里相差的距離，而 valueDifference 表示的是 p 和 q
