【C-Primer-Plus读书笔记】第10章：数组和指针

数组

初始化数组
- 只存储单个值的变量有时也称为标量变量，而存储多个值的数组，C使用新的语法来初始化数组，如下：
```
int main(void)
{
    int powers[8] = {1,2,4,6,8,16,32,64}; /* 从ANSI C开始支持这种初始化 */
}
```
如上所示，用以逗号分隔的值列表（用花括号括起来）来初始化数组，各值之间用逗号分隔。在逗号和值之间可以使用空格。
- 注意，通常的做法是用符号常量事先声明好数组的大小，以后修改数组大小只需要修改符号常量即可
- 同普通变量一样，使用const声明和初始化数组可以把数组设为只读。
- 同普通变量一样，在使用数组钱，必须先给他们初始化赋值，否则编译器使用的值是内存相应位置上现有的值，是不确定的。
- 当初始化列表中的值少于数组元素个数时，编译器会把剩余的元素都初始化为0（注意，上面提到的是完全没有初始化，这里是初始化了部分）；当初始化列表中的值多于数组元素个数时，编译器会将其视为错误，其实，可以省略方括号中的数字，让编译器自动匹配数组大小和初始化列表中的项数。
- 当使用sizeof对数组求值时（sizeof运算符给出它的运算对象的大小，以字节为单位），结果是整个数组的大小（以字节为单位），可以用sizeof对数组单个元素求值（以字节为单位），整个数组大小除以单个元素大小就是数组元素的个数。

指定初始化器（C99）
- C99增加了一个新特性：指定初始化器。利用该特性可以初始化指定的数组元素。
  例如，只初始化数组中的最后一个元素。对于传统的C初始化语法，必须初始化最后一个元素之前的所有元素，如下：

int arr[6] = {0, 0, 0, 0, 0, 212};    //传统的语法

而C99规定可以在初始化列表中使用带方括号的下标指明待初始化的元素：

int arr[6] = {[5] = 212};

对于一般的初始化，在初始化一个元素后，未初始化的元素都会被设置成0。

指定初始化的两个特性：
1. 如果指定初始化器后面有更多的值，那么后面这些值将被用于初始化指定元素后面的元素
2. 如果再次初始化指定的元素，那么最后的初始化将会取代之前的初始化
如果未指定数组大小，编译器会把数组的大小设置得足够装得下初始化的值。

按数组元素赋值
- 声明数组后，可以借助数组下标（或索引）给数组元素赋值。
- 使用循环给数组的元素依次赋值是常见的手法，C不允许把数组作为一个单元赋给另一个数组，除初始化外也不允许使用花括号列表的形式赋值。
数组边界
- 在使用数组时，要防止数组下标超出边界（越界），也就是说，必须确保下标是有效的值。
- 编译器不会检查数组下标是否使用得当。使用越界下标的结果是未定义的，赋值操作还会导致程序改变其他变量的值。
- 数组元素的编号是从0开始。最好是在声明数组时使用符号常量来表示数组的大小。
指定数组的大小
- 在C99标准之前，声明数组时只能在方括号中使用整型常量表达式。所谓整型常量表达式，是有整型常量构成的表达式。sizeof表达式被视为整型常量，const值不是。表达式的值必须大于0。
- 而C99标准则允许变长数组，或简称VLA。即方括号中可以使用变量。

多维数组

初始化二维数组
- 初始化二维数组是建立在初始化一维数组的基础上。首先考虑在初始化一维数组的情况下，每个一维数组的元素值又是另一个数组，那么如果以花括号的方式初始化，得嵌套两层花括号进行赋值。
- 初始化时也可以省略内部的花括号，只保留最外面的一对花括号。只要保证初始化的数值个数正确，初始化效果与上面相同。在计算机内部，这样的数组是按顺序存储的。
其他多维数组
- 前面讨论的二维数组相关内容适用于三维数组或更多维数组。
- 可以把一维数组想成一行数据，把二维数组想象成数据表，把三维数组想象成一叠数据表。
- 通常，处理二维数组需要使用两重循环嵌套，三维数组要使用三重循环嵌套，依次类推。

指针和数组

数组表示法其实是在变相的使用指针

数组名是数组首元素的地址
在C中，指针加 1 指的是增加一个存储单元。对数组而言，这意味着加 1 后的地址就是下一个元素的地址，而不是下一个字节的地址。
现在可以结合前面所学总结下指针：
1. 指针的值是它所指对象的地址
2. 在指针前面使用*运算符可以得到该指针所指向对象的值
3. 指针加 1，指针的值递增它所指向类型的大小（以字节为单位）。
可以使用指针标识数组的元素和获得元素的值。

dates + 2 = &dates[2];    //相同的地址
*(dates + 2) == dates[2];    //相同的值

指针表示法和数组表示法是两种等效的方法。编译器编译这两种写法生成的代码相同。

函数、数组和指针

当一个函数处理一个数组时，即传递数组给函数时，注意一下几点：
- 数组名是该数组首元素的地址（所以传递数组实际上是传递一个指针）。
- 知道了数组首地址还不够，我们得知道数组在哪里结尾（即数组边界），通常的做法是用第二个参数来传递数组的大小。
- 关于函数的形参有一点要注意，只有在函数原型或函数定义头中，才可以用int ar[]代替int * ar。int ar[]和int * ar形式都表示ar是一个指向int的指针。
sum(int * ar, int n); //指针形式
sum(int ar[], int n); //数组形式
使用指针形参
- 函数要处理数组必须要知道何时开始、何时结束。前面提到，使用一个指针形参标识数组的开始，用一个整数形参表明待处理数组的元素个数（指针形参也表明了数组中的数据类型）。但是还有一种方法是传递两个指针，第一个指明数组的开始处，第二个指明数组的结束处。
- 使用“越界”指针的函数调用更为简洁。这里的越界指数组边界的下一个位置（即超出边界一个位置），因为数组索引从0开始，所以首元素地址加上数组大小必然是越界一个位置的地址，但这也无妨，只要保证测试条件小于该越界指针即可，不用做其他处理，程序更简洁。
指针表示法和数组表示法
- 使用数组表示法，让函数是处理数组的这一意图更加明显
- 从机器的角度看，使用指针更加自然
- 只有指针变量才能用递增递减运算符
- 指针表示法更接近机器语言，所以一些编译器在编译时能生成效率更高的代码（尤其是与递增递减运算符一起使用时）。

指针操作

下面分别描述了指针的基本操作：
- 赋值（&运算符）
- 解引用（*运算符）
- 取（指针本身的）地址
- 指针与整数相加或指针减去一个整数
- 递增与递减指针
- 指针间求差
- 指针间比较
编译器不会检查指针是否指向数组元素，结果是未定义的，但是可以解引用指向数组任意元素的指针，也能解引用越界指针。但千万不要解引用未初始化的指针，因为未初始化的指针其值是一个随机值，指向的内存地址是未知的。
指针的基本用法：
- 在函数间传递信息
- 处理数组的函数

保护数组中的数据

在函数间传递信息通常都是直接传递数值，只有在程序需要在函数中改变该数值时，才会传递指针。对于数组别无选择，必须传递指针，因为这样做效率高。
然而，某些情况函数并不需要修改数据，而数组必须传递指针进去，就会有一定风险导致原始数据被修改。
对形式参数使用const
ANSI C提供了一种预防手段。如果函数的意图不是修改数组中的数据内容，那么在函数原型和函数定义中声明形式参数时应使用关键字const。
```
int sum(const int ar[], int n);
```

这样使用const并不是要求原数组是常量，而是该函数在处理数组时将其视为常量，不可更改。

const的其他内容
- 指向const的指针不能用于改变值（指针所指向地址的值），无论是使用指针表示法还是数组表示法。但是，可以让该指针指向别处。
```
const int * p = rates;
```
- 关于指针赋值和const需要注意一些规则：
- 1. 把const数据或非const数据的地址初始化为指向const的指针或为其赋值是合法的。
- 可以声明并初始化一个不能指向别处的指针，关键就是const的位置。
```
   int * const p = rates;
```
- 同理，在创建指针时还可以使用const两次，该指针既不能更改它所指的地址，也不能修改指向地址上的值。
```
   const int * const p = rates;
```

指针和多维数组

如下二维数组声明：

zippo4;

我们展开分析：
- 从数组首元素的地址上看：数组名（`zippo`）存储着首元素（`zippo[0]`）的地址，而首元素（`zippo[0]`）存储着另一个数组的首元素（`zippo[0][0]`，此时可以把`zippo[0]`当成另一个数组的数组名，然后就可以回到本段开始处重复往下推）地址。所以，`zippo[0]`是一个占用一个int大小对象（因为`zippo[0][0]`存储的是一个类型为int的具体数据）的地址，而`zippo`是一个占用两个int大小对象（因为`zippo[0]`存储着类型为int大小为2个元素的数组）的地址。由于这两个数组都开始于同一个地方，所以它们的值相同。
- 在指针或地址的加减上：上面提到两个数组名占用的大小不一样，所以在加减法上，地址的改变也不一样。
- 在解引用上：因为第一层数组（`zippo`）存储着第二层数组（`zippo[0]`）的地址，所以如果单纯的解引用数组名（`zippo`）得到的是第二层数组（`zippo[0]`）的地址，所以`*(zippo[0])`就表示第二层数组第一个元素（`zippo[0][0]`）的值，而这是一个具体的int数据（如果是更多维数组，得继续向下推），于是得到该值。而如果全部采用指针表示法，得解引用两次（用两个`*`）才能得到该值，同理全部用数组表示法，后面跟两个方括号，这在上面已经看出来这点，前面说明的是指针表示法和数组表示法混用的情况。

指向多维数组的指针
在声明一个指针变量指向一个二维数组时，单纯的把指针声明为指向指定类型还不够，因为这仅仅代表指向一个指定类型值，实际上二维数组下是一个内含n个指定类型值的数组，并不是一个具体的数据，所以必须指向的是内含n个指定类型值的数组，而不是指向一个指定类型值。
(* pz)[2]; //pz指向一个内含两个int类型值的数组

当然，这样声明后，完全可以用数组表示法和指针表示法来表示一个元素，既可以把pz当指针名，也能当数组名。

指针的兼容性
指针之间的赋值比数值的要严格，低精度类型值不用转换就可以赋给高精度类型变量。但指针不行，即指针对类型严格要求一致，包括二维数组的下层数组元素个数都得完全一致，否则就会不兼容。
函数和多维数组
如果要编写处理二维数组的函数，首先要能正确理解指针才能写出声明函数的形参，即前面介绍的声明指向多维数组的指针。
some( int (* pz)[2] ); //pz指向一个内含两个int类型值的数组
some_two( int pz[][2] ); //此写法只能应用在形参，空方括号表明pz是个指针

一般而言，声明一个指向n维数组的指针时，只能省略最左边方括号的值。因为第一对方括号表明这是一个指针，而其他方括号则用于描述指针所指向数据对象的类型。

变长数组（VLA）

前面提到过变长数组，现在来详细说明几点：

变长数组必须是自动存储类型，而且不能在声明中初始化它们。
变长数组不能改变大小，一旦创建了变长数组它的大小则保持不变，“变”指的是在创建数组时可以使用变量指定数组的维度。

在函数形参中，需要传入指定维度的变量，并写在变长数组前面，因为变长数组的声明要使用到它们

int sum2d(int rows, int cols, int ar[rows][cols]);    //ar是一个变长数组
int sum2d_two(int, int, int ar[*][*]);    //这种省略原型形参名的写法，注意用 * 来代替省略的维度

和传统的语法类似，变长数组名实际上是一个指针。
变长数组还允许动态内存分配，这说明可以在程序运行时指定数组的大小。普通C数组都是静态内存分配，即在编译时确定数组大小。由于数组大小是常量，所以编译器在编译时就知道了。

复合字面量

C99新增了复合字面量，字面量是指除符号常量外的常量。

int diva[2] = {10, 20};        //这是一个普通的数组声明
(int [2]){10, 20};        //复合字面量

复合字面量是匿名的，所以不能先创建然后再使用它，必须再创建的同时使用它。使用指针记录地址就是一种用法。

int * pt1;
pt1 = (int [2]){10, 20};

把信息传入函数前不必先创建数组，这就是复合字面量的典型用法。
复合字面量是提供只临时需要的值的一种手段。复合字面量具有块作用域。