指针与数组

ゝ一纸荒年。 2022-07-16 04:25 276阅读 0赞

用指针变量来访问数组中任一元素，通常将数组的首地址称为数组的指针，而将指向数组元素的指针变量称为指向数组的指针变量。使用指向数组的指针变量来处理数组中的元素，不仅可使程序紧凑，而且还可提高程序的运算速率。

# 一维数组与指针 #

## 数组指针 ##

数组的首地址称为数组指针。若定义整型数组a\[5\]，系统为数组分配的地址从1000到1019，如图7.5所示，则数组a的首地址1000为数组a的数组指针。C++规定，数组的首地址可用数组名a表示，因此，数组a的数组指针=a=&a\[0\]。

## 数组指针变量 ##

存放数组元素地址的变量称为数组指针变量。如：

int a[5];
    int *p=&a[0];

则p为数组指针变量。在C++中数组名a可用于表示数组的首地址，所以数组名a可作为数组指针使用。因此：p=a与p=&a\[0\] 的作用是相同的。但数组名a不能用来进行赋值运算、”++”、”- -“等运算。

当指针变量指向数组首地址后，就可使用该指针变量对数组中任何一个元素变量进行存取操作。现举例说明如下：

【例1】用指针变量访问数组元素。

#include <iostream.h>
    　void main( void)
    　{ 
    　 int a[5]={
       0,1,2,3,4},i,j,*p,n=5;
    　　p=a;
    　　for (i=0;i<n;i++) 
    　　　{ cout <<*p<<'\t'; 
    　　　　p++;
    　　　} 
    　　cout<<endl;
    　　p=a;
    　　for (i=0;i<n;i++) cout <<*(p+i)<< '\t'; 
    　　cout<<endl;
    　　for (i=0;i<n;i++) cout <<*(a+i)<< '\t';
    　　cout<<endl;
    　　for (i=0;i<n;i++) cout <<p[i]<< '\t';
    　　cout<<endl;
    　}

执行程序后，输出：

0 1 2 3 4
    　　0 1 2 3 4
    　　0 1 2 3 4
    　　0 1 2 3 4

由上例可以看出，访问数组元素值有三种方法：  
（1）通过移动指针变量，依次访问数组元素。如：

p=a; 
    　for (i=0;i<n;i++) 
    　{ cout <<*p<<'\t'; p++;}

首先将指针变量p指向数组a的首地址。然后用`*p`输出数组第i个元素的值，每次输出后用p++移动指针到下一个元素，依次循环直到结束。  
注意：`cout 　　<<*p<<'\t'; p++;`  
可合并为一条语句：`cout<<*p++<<'\t';`  
（2）指针变量不变，用p+i或 a+i 访问数组第i个元素。如：

for (i=0;i<n;i++) cout <<*(p+i)<< '\t'; 
    for (i=0;i<n;i++) cout <<*(a+i)<< '\t';

在C++中允许用p+i 或a+i 表示第i 个元素的地址。因此，`*(p+i)`与`*(a+i)`均表示第i个元素的内容。  
（3）以指针变量名作为数组名访问数组元素。如：

for (i=0;i<n;i++) cout <<p[i]<< '\t';

若用指针变量名p作为数组名，则p\[i\]表示数组的第i个元素a\[i\]。

## 数组元素的引用 ##

综上所述，对一维数组a\[ \]而言，当p=a后，有如下等同关系成立：  
　　① p+i=a+i=&a\[i\]，即p+i、a+i 均表示第i个元素的地址&a\[i\]。  
　　② \*(p+i) =\*(a+i)=p\[i\]= a\[i\]。即\*(p+i), \*(a+i), p\[i\]均表示第i个元素值a\[i\]。  
　　其中p\[i\] 的运行效率最高。  
　　由上所述可知：一维数组的第i个元素可用四种方式引用，即： a\[i\]、\*(p+i) 、\*(a+i)、p\[i\]。

# 二维数组与指针 #

## 二维数组元素在内存中的存放方式 ##

在C++中，二维数组元素值在内存中是按行的顺序存放的。若定义二维整型数组a\[3\]\[3\]，假设编译系统为数组a分配的内存空间从1000开始到1035为止，则数组中各元素a\[0\]\[0\]~a\[2\]\[2\]在内存中按行存放次序如图7.6所示。因此，与一维数组类似，可用指针变量来访问二维数组元素。  
【例2】用指针变量输出二维数组各元素的值。

# include <iostream.h>
    　void main(void)
    　{ int a[3][3]={
       {1,2,3},{4,5,6},{7,8,9}};
    　　int *p=&a[0][0]; //将二维数组首地址赋给指针变量p
    　　for (int i=0;i<9;i++) 
    　　{ 
    　　  cout<<*p<<'\t'; //输出二维数组中第i个元素值
    　　　p++; //指针变量p加1，指向下一个元素
    　　}
    　}

程序执行后输出结果为：

1 2 3 4 5 6 7 8 9

但要用上述指针变量p访问二维数组中任意指定元素a\[i\]\[j\]就觉得很不方便，为此C++设计者提供另外几种访问二维数组元素的方法，为了了解访问二维数组元素的方法，必须了解三个地址概念，即：二维数组行首地址、行地址、元素地址，现介绍如下。

## 二维数组行首地址 ##

二维数组各元素按行排列可写成如图7.7所示矩阵形式，若将第i行中的元素a\[i\]\[0\]、a\[i\]\[1\]、a\[i\]\[2\]组成一维数组a\[i\] (i=0,1,2)，则二维数组a\[3\]\[3\]可看成是由三个一维数组元素a\[0\]、a\[1\]、a\[2\]组成。即：a\[3\]\[3\]=(a\[0\]，a\[1\]，a\[2\])，其中：a\[0\]、a\[1\]、a\[2\]是分别表示二维数组a\[3\]\[3\]的第0、1、2行元素。  
即：a\[0\]=(a\[0\]\[0\],a\[0\]\[1\],a\[0\]\[2\])  
　　a\[1\]=(a\[1\]\[0\],a\[1\]\[1\],a\[1\]\[2\])  
　　a\[2\]=(a\[2\]\[0\],a\[2\]\[1\],a\[2\]\[2\])

因为数组名可用来表示数组的首地址，所以一维数组名a\[i\]可表示一维数组 (a\[i\]\[0\],a\[i\]\[1\],a\[i\]\[2\])的首地址&a\[i\]\[0\]，即可表示第i行元素的首地址。因此，二维数组a中第i行首地址（即第i行第0列元素地址）可用a\[i\]表示。

由例 1可知，一维数组的第i个元素地址可表示为：数组名+i。因此一维数组a\[i\]中第j个元素a\[i\]\[j\]地址可表示为：a\[i\]+j ，即：二维数组a中第i行第j列元素a\[i\]\[j\]的地址可用a\[i\]+j来表示，而元素a\[i\]\]\[j\]的值为：\*(a\[i\]+j)。

【例3】定义一个3行3列数组，输出每行的首地址及所有元素值。

# include <iostream.h>
    　void main(void)
    　{ int a[3][3]={
       {
       1,2,3},{
       4,5,6},{
       7,8,9}};
    　　for (int i=0;i<3;i++)
    　　　{ cout<<"a[" <<i<<"]="<<a[i]<< "="<<&a[i][0]<<endl;
    　　　　　for (int j=0;j<3;j++)
    　　　　cout<<"a[" <<i<<"]["<<j<<"]="<<*(a[i]+j)<< "="<<a[i][j]<<endl;
    　　　} 
    　}

程序执行后输出：

a[0]=0x0065FDD4=0x0065FDD4
    　　a[0][0]=1=1
    　　a[0][1]=2=2
    　　a[0][2]=3=3
    　　a[1]=0x0065FDE0=0x0065FDE0
    　　a[1][0]=4=4
    　　a[1][1]=5=5
    　　a[1][2]=6=6
    　　a[2]=0x0065FDEC=0x0065FDEC
    　　a[2][0]=7=7
    　　a[2][1]=8=8
    　　a[2][2]=9=9

由此例输出结果可看出a\[i\]=&a\[i\]\[0\] (i=0,1,2)，这表明a\[i\]确实可以表示第i行首地址（即第i行第0列地址）&a\[i\]\[0\]。

应注意，由于数组在内存的地址是由操作系统动态分配，因此，实际输出的各行首地址并不会如图7.5所假设的从1000到1035。通常地址用十六进制数表示，如在本例中：第0行实际首地址是：a\[0\]=0x0065FDD4。第1行实际首地址是：a\[1\]=0x0065FDE0。第2行实际首地址是：a\[2\]=0x0065FDEC。

## 二维数组行地址 ##

为了区别数组指针与指向一维数组的指针，C++引入了行地址的概念，并规定二维数组a中第i行地址用a+i或&a\[i\]表示，行地址的值与行首地址的值是相同的，即：

a+i=&a[i]=a[i]=&a[i][0]

但两者类型不同，所以行地址a+i与&a\[i\]只能用于指向一维数组的指针变量，而不能用于普通指针变量，例如：

int a[3][3];
    　　int *p=a+0;

则编译第二条指令时将会出错，编译系统提示用户p与a+0的类型不同。如果要将行地址赋数组指针变量，必须用强制类型转换，如：

int *p=(int *) (a+0);

二维数组名a可用于表示二维数组的首地址，但C++规定该首地址并不是二维数组中第0行第0列的地址(即a≠a\[0\]\[0\])，而是第0 行的行地址，即a=a+0=&a\[0\]。

## 二维数组的元素地址与元素值 ##

知道了二维数组的行地址与行首地址后，可以讨论二维数组的元素地址。  
因为 a\[i\]=*&a\[i\]=* (a+i)，所以 \*(a+i) 可以表示第 i行的首地址。因此二维数组第i行首地址有三种表示方法：`a[i] 、*(a+i)、&a[i][0]`。  
由此可推知：第i行第j列元素a\[i\]\[j\]的地址有四种表示方法：

a[i]+j 、*(a+i)+j、&a[i][0]+j、&a[i][j]

而第i行第j列元素a\[i\]\[j\]值也有四种表示方法：

*(a[i]+j) 、 *(*(a+i)+j)、*(&a[i][0]+j)、a[i][j]

现将二维数组有关行地址、行首地址、元素地址、元素值的各种表示方式总结归纳如表1 所示：

**表1 二维数组a的行地址、行首地址、元素地址、元素值的各种表示方式**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>目录</th> 
   <th align="center">行地址</th> 
   <th align="center">元素地址</th> 
   <th align="center">元素值表示方式</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>第i行行地址</td> 
   <td align="center">a+i</td> 
   <td align="center">&amp;a[i]</td> 
   <td align="center"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第i行首地址(第i行第0列地址)a[i]</td> 
   <td align="center">*(a+i)</td> 
   <td align="center">&amp;a[i][0]</td> 
   <td align="center"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>元素a[i][j]的地址 a[i]+j</td> 
   <td align="center">*(a+i)+j</td> 
   <td align="center">&amp;a[i][0]+j</td> 
   <td align="center">&amp;a[i][j]</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第i行第j列元素值 *(a[i]+j)</td> 
   <td align="center">*(*(a+i)+j)</td> 
   <td align="center">*(&amp;a[i][0]+j)</td> 
   <td align="center">a[i][j]</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

为了加深读者对二维数组a的行地址、行首地址、元素地址、元素值的各种表示方式的理解，现举例如下：

【例4】定义二维数组a\[3\]\[3\]，用二种方式输出行地址，用三种方式输出行首地址，用四种方式输出所有元素地址及元素值。

# include <iostream.h>
    　void main(void)
    　{ int a[3][3]={
       {
       1,2,3},{
       4,5,6},{
       7,8,9}};
    　　for (int i=0;i<3;i++)
    　　　　{ cout<<"&a["<<i<<"]="<<&a[i]<<"="<<a+i<<endl; //输出第i行行地址
    　　　　　cout<<"a["<<i<<"]="<<a[i]<<"="<<*(a+i)<<"="<<&a[i][0]<<endl; //行首地址
    　　for (int j=0;j<3;j++)
    　　　　{ cout<<"&a["<<i<<"]["<<j<<"]="<<a[i]+j<<"="<<*(a+i)+j<<"="<<
    　　　　　&a[i][0]+j<<"="<<&a[i][j]<<endl; //输出元素a[i][j]的地址
    　　cout<<"a["<<i<<"]["<<j<<"]="<<*(a[i]+j)<<"="<<*(*(a+i)+j)<<
    　　"="<<*(&a[i][0]+j)<<"="<<a[i][j]<<endl; //输出元素a[i][j]的值
    　　　　}
    　　　　} 
    　}

程序执行后输出结果为：

&a[0]= 0x0065FDD4=0x0065FDD4
    　　a[0]= 0x0065FDD4=0x0065FDD4=0x0065FDD4
    　　&a[0][0]= 0x0065FDD4=0x0065FDD4=0x0065FDD4=0x0065FDD4
    　　a[0][0]=1=1=1=1
    　　&a[0][1]= 0x0065FDD8=0x0065FDD8=0x0065FDD8=0x0065FDD8
    　　a[0][1]=2=2=2=2
    　　&a[0][2]= 0x0065FDDC=0x0065FDDC=0x0065FDDC=0x0065FDDC
    　　a[0][2]=3=3=3=3
    　　&a[1]= 0x0065FDE0=0x0065FDE0
    　　a[1]= 0x0065FDE0=0x0065FDE0=0x0065FDE0
    　　&a[1][0]= 0x0065FDE0=0x0065FDE0=0x0065FDE0=0x0065FDE0
    　　a[1][0]=4=4=4=4
    　　&a[1][1]= 0x0065FDE4=0x0065FDE4=0x0065FDE4=0x0065FDE4
    　　a[1][1]=5=5=5=5
    　　&a[1][2]= 0x0065FDE8=0x0065FDE8=0x0065FDE8=0x0065FDE8
    　　a[1][2]=6=6=6=6
    　　&a[2]= 0x0065FDEC=0x0065FDEC
    　　a[2]= 0x0065FDEC=0x0065FDEC=0x0065FDEC
    　　&a[2][0]= 0x0065FDEC=0x0065FDEC=0x0065FDEC=0x0065FDEC
    　　a[2][0]=7=7=7=7
    　　&a[2][1]= 0x0065FDF0=0x0065FDF0=0x0065FDF0=0x0065FDF0
    　　a[2][1]=8=8=8=8
    　　&a[2][2]= 0x0065FDF4=0x0065FDF4=0x0065FDF4=0x0065FDF4
    　　a[2][2]=9=9=9=9

此例可说明表1中的二维数组a的行地址、行首地址、元素地址、元素值的各种表示方式是正确的。