C语言进阶教程：指针数组与数组指针

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在C语言中，指针和数组是两个核心且紧密相关的概念。当它们结合时，就产生了指针数组（Array of Pointers）和数组指针（Pointer to an Array）。这两者在语法、含义和用途上都有明显的区别，理解它们对于深入掌握C语言至关重要。

1. 指针数组 (Array of Pointers)

定义

指针数组，顾名思义，是一个数组，其每个元素都是一个指针。

声明语法

类型 *数组名[数组大小];

例如： int *ptr_array[5];

• ptr_array 是一个数组名。
• [5] 表示这个数组有5个元素。
• int * 表示数组中每个元素的类型都是一个指向 int 型数据的指针。

优先级说明： 由于 []（数组下标运算符）的优先级高于 *（解引用/指针声明运算符），所以 int *ptr_array[5] 被解释为：ptr_array 首先是一个大小为5的数组 (ptr_array[5])，然后这个数组的每个元素是指向 int 的指针 (int *)。

特点与用途

• 存储多个地址：指针数组主要用于存储一组内存地址。
• 管理字符串数组：一个非常常见的用途是管理一组字符串。因为C语言中的字符串通常用字符指针（char*）指向其首字符来表示，所以一个 char* 类型的指针数组可以方便地存储多个字符串的地址。
• 不规则数据结构：可以用来指向不同长度的数组或不同类型的（通过 void*）数据块。

示例：存储字符串

 #include <stdio.h> int main() { // 声明并初始化一个指针数组，每个元素指向一个字符串字面量 char *names[3] = { "Alice", "Bob", "Charlie" }; printf("Names:\n"); for (int i = 0; i < 3; i++) { // names[i] 是一个 char* 指针，指向字符串的开头 printf("%s\n", names[i]); } // names[0] 指向 "Alice" 的 'A' // names[1] 指向 "Bob" 的 'B' // names[2] 指向 "Charlie"的 'C' // 修改指针数组的元素（让它指向另一个字符串） names[0] = "David"; printf("\nAfter modification:\n"); printf("%s\n", names[0]); // 输出 David // 注意：这里修改的是指针 names[0] 的指向， // 而不是修改字符串 "Alice" 的内容（字符串字面量通常是只读的）。 return 0; }

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示例：指向不同大小的动态数组

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧! #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int *data_blocks[2]; // 一个包含两个 int* 指针的数组 // 第一个数据块有3个整数 data_blocks[0] = (int*)malloc(3 * sizeof(int)); if (data_blocks[0] == NULL) return 1; data_blocks[0][0] = 10; data_blocks[0][1] = 20; data_blocks[0][2] = 30; // 第二个数据块有5个整数 data_blocks[1] = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); if (data_blocks[1] == NULL) { free(data_blocks[0]); return 1; } for (int i = 0; i < 5; i++) { data_blocks[1][i] = (i + 1) * 100; } printf("Data Block 0: "); for (int i = 0; i < 3; i++) { printf("%d ", data_blocks[0][i]); } printf("\n"); printf("Data Block 1: "); for (int i = 0; i < 5; i++) { printf("%d ", data_blocks[1][i]); } printf("\n"); // 释放内存 free(data_blocks[0]); free(data_blocks[1]); data_blocks[0] = NULL; data_blocks[1] = NULL; return 0; }

2. 数组指针 (Pointer to an Array)

定义

数组指针，也称为行指针，是一个指针，它指向一个数组。

声明语法

类型 (*指针名)[数组大小];

例如： int (*arr_ptr)[5];

• arr_ptr 是一个指针变量名。
• (*arr_ptr) 中的括号是必需的，它确保 * 首先与 arr_ptr 结合，表明 arr_ptr 是一个指针。
• 这个指针指向一个大小为5的数组 ([5])。
• 该数组的元素类型是 int。

所以，arr_ptr 是一个指向“包含5个 int 型元素的数组”的指针。

特点与用途

• 指向整个数组：数组指针指向的是整个数组的起始地址，而不是数组某个元素的地址（尽管数值上可能相同）。
• 指针运算的步长：对数组指针进行加1运算时，它会向前移动整个数组的大小（即 数组大小 * sizeof(元素类型) 字节）。
• 传递二维数组给函数：数组指针最常见的用途是作为参数传递二维数组（或更高维数组）给函数，因为它可以保持数组的维度信息。

示例：指向一维数组

 #include <stdio.h> int main() { int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 声明一个数组指针，指向一个包含5个int的数组 int (*ptr_to_array)[5]; // 将数组 arr 的地址赋给 ptr_to_array // &arr 返回整个数组的地址，其类型是 int(*)[5] ptr_to_array = &arr; // 访问数组元素 // (*ptr_to_array) 解引用得到整个数组 arr // 然后可以使用下标访问 printf("Elements via array pointer:\n"); for (int i = 0; i < 5; i++) { printf("(*ptr_to_array)[%d] = %d\n", i, (*ptr_to_array)[i]); } // 也可以这样访问，因为 ptr_to_array 指向数组的第一个元素（即数组本身） // ptr_to_array[0] 相当于 (*ptr_to_array) printf("\nAlternative access:\n"); for (int i = 0; i < 5; i++) { printf("ptr_to_array[0][%d] = %d\n", i, ptr_to_array[0][i]); } // 指针运算 printf("\nAddress of arr: %p\n", (void*)arr); printf("Value of ptr_to_array: %p\n", (void*)ptr_to_array); printf("Value of ptr_to_array + 1: %p\n", (void*)(ptr_to_array + 1)); // ptr_to_array + 1 会增加 sizeof(int[5]) = 5 * sizeof(int) 字节 return 0; }

示例：作为函数参数处理二维数组

当将二维数组传递给函数时，通常需要指定除第一维之外的所有维度的大小。

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧! #include <stdio.h> // 方法1：使用数组指针作为参数 // matrix 是一个指向包含3个int的数组的指针 void print_matrix_array_pointer(int (*matrix)[3], int rows) { printf("Matrix (using array pointer):\n"); for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { // matrix[i] 相当于 *(matrix + i)，得到第 i 行的数组 // 然后 matrix[i][j] 访问元素 printf("%d\t", matrix[i][j]); } printf("\n"); } } // 方法2：更常见的二维数组参数形式 (本质上与方法1等价) // 编译器会将其视为 int (*matrix)[3] void print_matrix_dimensions(int matrix[][3], int rows) { printf("Matrix (using dimensions):\n"); for (int i = 0; i < rows; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { printf("%d\t", matrix[i][j]); } printf("\n"); } } int main() { int my_matrix[2][3] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6} }; print_matrix_array_pointer(my_matrix, 2); printf("\n"); print_matrix_dimensions(my_matrix, 2); return 0; }

在
print_matrix_array_pointer
中，matrix 是一个数组指针。matrix + i 会使指针跳过 i 行，指向第 i 行（一个包含3个 int 的数组）的起始位置。

3. 关键区别总结

4. typedef的使用

typedef 可以使复杂的指针声明更易读。

 // 指针数组 typedef int* IntPtr; // IntPtr 是 int* 的别名 IntPtr ptr_arr[10]; // ptr_arr 是一个包含10个 int* 的数组 // 数组指针 typedef int IntArray5[5]; // IntArray5 是一个包含5个int的数组类型 IntArray5 *ptr_to_arr; // ptr_to_arr 是一个指向 IntArray5 类型的指针 // 或者更直接地为数组指针类型创建 typedef typedef int (*PointerToIntArray5)[5]; PointerToIntArray5 p_arr5; // p_arr5 是一个指向包含5个int的数组的指针

5. 示例辨析

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧! int a = 10, b = 20, c = 30; // 指针数组: arr_p 是一个数组，包含3个 int* 类型的元素 int *arr_p[3]; arr_p[0] = &a; arr_p[1] = &b; arr_p[2] = &c; // *arr_p[0] 是 10 int my_arr[3] = {100, 200, 300}; // 数组指针: p_arr 是一个指针，指向一个包含3个 int 元素的数组 int (*p_arr)[3]; p_arr = &my_arr; // (*p_arr)[0] 是 100

总结

• 指针数组 int *p[N];：p 是一个数组，每个元素都是 int* 指针。
• 数组指针 int (*p)[N];：p 是一个指针，指向一个包含 N 个 int 元素的数组。

理解这两者的区别对于正确使用C语言中的指针和数组至关重要，尤其是在处理字符串集合、多维数组以及向函数传递数组时。注意括号在声明中的使用，它是区分两者的关键。