问题

C语言中指针与数组都可以用a[3]表示,那它们是不是相同?

回答
这个问题非常好,它触及了C语言中一个非常容易混淆但又至关重要的概念:指针和数组虽然在某些语法表现上(比如 `a[3]` 这种下标访问)看起来很像,但它们本质上是完全不同的东西。理解它们的区别,对于写出健壮、高效的C程序至关重要。

咱们这就掰开了揉碎了聊聊。

1. 先说数组 (Array)

数组,你可以把它想象成一个连续的内存空间,里面存放着相同类型的数据。更形象一点,它就像一个排好队的宿舍楼,每个宿舍(数组元素)都住着一个特定类型的小伙伴(数据),而且宿舍编号(下标)是按顺序排好的,从0开始。

当你声明一个数组,比如:

```c
int scores[5]; // 声明一个包含5个int类型元素的数组
```

编译器会做几件事情:

分配内存: 它会在内存中分配一块连续的空间,足够存放 5 个 `int` 类型的数据。这块空间的大小是 `5 sizeof(int)` 字节。
定义一个实体: `scores` 这个名字,在很多情况下,被看作是这个连续内存块的“名片”或者说“标识符”。它代表了整个数组本身。

数组的关键特性:

类型: 数组有明确的类型,比如 `int` 数组,`char` 数组,或者更复杂的结构体数组。
大小固定: 一旦数组被声明,它的容量(能存放多少元素)就固定了,不能随意改变。
存储: 数组元素是连续存储在内存中的,这使得通过下标访问(`scores[i]`)非常快速和高效。
“名字”的含义: 在很多表达式中,数组名 `scores` 会被自动“衰退”成指向数组第一个元素的指针。这一点是造成混淆的主要原因之一!但是,数组名本身代表的是整个数组的实体,而不是一个简单的地址。

2. 再看指针 (Pointer)

指针,它是一个变量,但它存储的不是数据本身,而是另一个内存地址。你可以把指针想象成一个指路牌,上面写着某个地方的地址。有了这个地址,你就可以去那个地方找到你想要的东西。

声明一个指针,比如:

```c
int ptr; // 声明一个指向int类型数据的指针
```

编译器在这里做了什么?

分配内存: 它会为 `ptr` 这个变量本身分配一块内存,这块内存用来存储一个地址(通常是 4 或 8 个字节,取决于你的系统架构)。
“值”是地址: `ptr` 这个变量里存储的是一个内存地址。它可以是任何一块内存的地址,不一定是连续的,也不一定是数组的开头。

指针的关键特性:

指向性: 指针的值是内存地址。
解引用 (Dereferencing): 通过 `ptr` 操作,你可以访问指针所指向的内存地址中的数据。
类型安全: 指针是有类型的,`int ` 只能指向 `int` 类型的数据,这有助于编译器进行类型检查,防止错误的内存访问。
灵活性: 指针可以指向任何地方,包括变量、数组元素、函数,甚至是一块动态分配的内存。

3. 为什么 `a[3]` 看起来一样?

你看到的 `a[3]` 这种写法,在C语言中是“下标运算符”。它的通用定义是:

`a[i]` 等价于 `(a + i)`

这里的 `a` 可以是一个数组名,也可以是一个指针。

当 `a` 是数组名时:
`a` 本身代表数组的首地址(指向数组的第一个元素)。
`a + i` 是一个指针算术操作。它会计算出数组第 `i` 个元素的地址。具体来说,它会从 `a` 的地址开始,加上 `i` 个元素的长度。例如,对于 `int scores[5]`,`scores + 3` 会计算 `scores` 地址加上 `3 sizeof(int)` 的地址,这个地址正好是 `scores[3]` 的地址。
`(a + i)` 就是解引用这个地址,取出存储在该地址上的数据,也就是数组的第 `i` 个元素。

当 `a` 是指针时:
`a` 存储着一个内存地址。
`a + i` 同样是一个指针算术操作。它会计算出从 `a` 所指向的地址开始,往后推移 `i` 个元素的地址。这同样是根据指针的类型来确定偏移量的,例如 `int ` 指针,`ptr + 3` 就会在 `ptr` 的地址基础上加上 `3 sizeof(int)`。
`(a + i)` 就是解引用这个地址,取出存储在该地址上的数据。

所以,`a[3]` 的语法本身是基于指针算术的,而数组名恰好可以自动“退化”成指向其首元素的指针,这使得它在下标访问时表现得和指针一样。

4. 它们真的相同吗? — 区别所在

尽管在 `a[3]` 的例子中它们行为相似,但它们根本上是不同的概念和存储方式。

主要区别点:

1. 内存分配和本质:
数组: 是数据实体。编译器会为数组分配实际存储数据的内存空间。
指针: 是一个变量,它的值是另一个内存地址。它本身也需要占用内存空间来存储这个地址。

2. `sizeof` 的行为:
`sizeof(数组名)`:会返回整个数组所占用的总字节数。
```c
int arr[5];
printf("%zu ", sizeof(arr)); // 输出 5 sizeof(int),比如 20
```
`sizeof(指针变量)`:会返回指针变量本身所占用的字节数(通常是 4 或 8 字节),而不是它指向的数据的大小。
```c
int arr[5];
int ptr = arr; // 或者 int ptr = &arr[0];
printf("%zu ", sizeof(ptr)); // 输出 4 或 8 (取决于系统)
```
注意: 当数组名作为函数参数传递时,它会“衰退”成指针,此时 `sizeof(数组名)` 在函数内部会给出指针的大小,而不是原数组的大小。这是C语言的一个设计陷阱。

3. 不能直接对数组名进行指针算术(除了首地址偏移):
数组名 `scores`(在大多数上下文中)代表的是整个数组的实体,它不能被重新赋值指向其他内存地址。
```c
int scores[5];
int another_array[3];
// scores = another_array; // 错误!不能给数组名赋值
// scores++; // 错误!不能改变数组名的值
```
指针变量 `ptr` 可以被重新赋值,指向不同的内存地址。
```c
int arr[5];
int ptr = arr; // ptr 指向 arr 的第一个元素
int x = 10;
ptr = &x // ptr 现在指向变量 x 的地址了
```

4. 常量性:
数组名在很多情况下可以被视为一个常量地址(指向数组首元素的地址)。
指针变量是一个普通的变量,其值(地址)是可以被修改的。

5. 初始化:
数组可以在声明时通过 `{}` 初始化。
指针需要在声明时或之后被赋值一个有效的内存地址(比如变量的地址、数组首元素的地址、动态分配的地址等),否则它可能指向一个随机地址(野指针),解引用时会导致未定义行为。

总结一下:

数组是数据的集合,是连续的内存空间。它的名字在很多地方会“变成”指向第一个元素的指针,但这并不意味着它就是一个指针。
指针是一个变量,专门用来存储内存地址。

你看到的 `a[3]` 这种语法,是一种抽象的表达方式,它描述的是“访问偏移量为3的元素”,而具体如何实现这个访问,取决于 `a` 的真实类型。当 `a` 是数组时,是基于数组的连续存储;当 `a` 是指针时,是基于指针所指地址的偏移。

就好比你家门口的地址(数组名)和一张写着你家地址的纸条(指针)。地址是你家的实际地点,而纸条只是一个指向这个地点的“线索”。你可以用地址来找到你家,也可以用写着地址的纸条来找到你家。但地址是你家本身,纸条只是个指示。

希望我这番啰嗦能让你彻底理解了它们之间的区别!这块内容是C语言的基石,一定要扎实掌握。

网友意见

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取下标之后相同,不等于原来的东西就是相同了。

就好比一个 int funca(int a) 跟 int funcb(int b) 两个函数都返回 int,你能说这两个是相同的函数吗?

p[3] 的意思是 *(p+3)

a[3] 的意思是*(a+3)

两者确实是完全一致的。但这个取值只是某个下标指向的目标。 a 跟 p 本身并不等价。

简单的说:数组含有比指针更多的信息(比如数组长度),但数组在特定情况下会退化为指针。


似乎有部分同学对数组与指针依然存在争议。这里补充说明一下:

从数组那里可以获取数组的长度信息,但这仅仅是一个信息,你完全可以不使用它,或者无视它,所以数组确实允许下标越界。但是在编译器看来数组跟指针确实不同。

对指针来说,并不会含有长度信息,就算你想要用也没有,因此指针常常使用其它方式传递其中内容的长度。

如果忽略数组的长度信息,确实可以把数组当作指针使用,但这并不意味着两者没有区别,它的长度信息至少在编译阶段是客观存在的。

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