C Primer Plus 第10章 數組和指針 10.4 函數、數組和指針

假設您要編寫一個對數組進行操做的函數，目的是要此函數返回數組內全部元素的和。假設marbles爲這個int數組的名稱。應該如何來調用這個函數？

一種合乎情理的猜想以下：

totao = sum(marbles);  // 可能的函數調用

那麼原型應該是什麼？數組名同時表明數組首元素的地址，所以實際參數marbles是一個int的地址，應該把它賦給一個類型爲指向int的指針的形式參量：

int sum(int *ar);  //相就的原型

函數sum()從該參數能夠獲得什麼信息呢?它獲得數組首元素的地址，並且知道能夠今後地址找到一個int。請注意它無從知道數組中元素的數量。因而在函數定義中有兩種選擇，第一種是在函數代碼中寫上固定的大小。以下所示：

int sum(int *ar)    //相應定義
{
    int i;
    int total = 0;
    
    for (i=0;i<10;i++)    //假設有10個元素
        total+=ar[i];     //ar[i]與*(ar+i)相同
return total;
}

上面的代碼利用了這樣的事實：正如能夠在指針符號中使用數組名稱同樣，也能夠數組符號中使用指針。

這種函數定義是有限制的，它僅在數組大小爲10時能夠工做。更靈活的方法是把數組大小作爲第二個參數傳遞給函數。

int sum(int *ar,int n)    //更通用的方法
{
    int i;
    int total = 0;
    
    for (i=0;i<n;i++)    //使用n表示元素的個數
        total+=ar[i];     //ar[i]與*(ar+i)相同
return total;
}

此外，關於函數參量還有一件須要說明的事情：在函數原型和函數定義的場合中（而且只有在這兩種場合中），可使用int *ar代替int ar[]：

int sum(int ar[],int n);

不管在任何狀況下，形式int *ar 都表示ar是指向Int的指針。形式int ar[]也能夠表示ar是指向int的指針，但只是在聲明形式參量時才能夠這樣使用。使用第二種形式能夠提醒讀者ar不只指向一個int數值，並且它指向的這個int是一個數組中的元素。

程序清單10.10  sum_arr1.c程序

//sum_arr1.c --對一個數組的全部元素求和
//若是不能使用%zd,請使用%u或%lu
#include <stdio.h>
#define SIZE 10
int sum(int ar[],int n);
int main(void)
{
    int marbles[SIZE] = {20,10,5,39,4,16,19,26,31,20};
    long answer;
    answer = sum(marbles,SIZE);
    printf("The total number of marbles is %ld.\n",answer);
    printf("The size of marbles is %lu bytes.\n",sizeof marbles);
    return 0;
}
int sum(int ar[],int n)
{
    int i;
    int total=0;
    for(i=0;i<n;i++)
        total+=ar[i];
    printf("The size of ar is %lu bytes.\n",sizeof ar);

    return total;
}

輸出結果以下：

The size of ar is 4 bytes.
The total number of marbles is 190.
The size of marbles is 40 bytes.

請注意marbles的大小爲40字節。的確如此，由於marbles包含10個int 類型的數，每一個數佔4個字節，所以總共40個字節。可是ar只有4個字節。這是由於ar自己並非一個數組，它是一個指向marbles的首元素的指針 。對於採用4字節地址的計算機系統，指針的大小爲4字節（其餘系統中地址的大小可能不是4個字節）。總之，在程序清單10.10中，marbles是一個數組，而ar爲一個指向marbles首元素的指針，C中數組和指針之間的關係容許您在數組符號中使用指針ar。

10.4.1  使用指針參數

使用數組的函數須要知道什麼時候開始和什麼時候結束數組。函數sum()使用一個指針參量來肯定數組的開始點，使用一個整數參量來指明數組的元素個數（指針參量同時肯定了數組中數據的類型）。可是這並非向函數傳遞數組信息的唯一方法。可是這並非向函數傳遞數組信息的唯一方法。另外一種方法是傳遞兩個指針 ，第一個指針指明數組的起始地址（同前面的的方法相同），第二個指針指明數組的結束地址。程序清單10.11中的示例示意了這種方法。這個例子利用了指針參數是變量這一事實，也就是說，程序中沒有使用索引來指示數組中的每一個元素，而是直接修改指針自己，使指針 依次指向各個數組元素。

程序清單10.11 sum_arr2.c程序

//sum_arr1.c --對一個數組的全部元素求和
//若是不能使用%zd,請使用%u或%lu
#include <stdio.h>
#define SIZE 10
int sump(int * start,int * end);
int main(void)
{
    int marbles[SIZE] = {20,10,5,39,4,16,19,26,31,20};
    long answer;
    answer = sump(marbles,marbles+SIZE);
    printf("The total number of marbles is %ld.\n",answer);
    return 0;
}
/*使用指針算術*/
int sump(int * start,int * end)
{

    int total=0;
    while(start < end)
    {
        total+=*start;  /*把值累加到total上*/
        start++;        /*把指針向前推動到下一個元素*/
    }
    return total;
}

因爲指針start最初指向marbles的首元素，所以執行賦值表達式total+=*start時，把首元素的值 加到total上。而後，表達式start++使指針變量start增1，從而指向數組的下一個元素。start是指向int的指針，所以當start增1時它將增長1個int的大小。

請注意函數sump()和sum()結束加法循環的方式不同。函數sum()使用數組元素的個數作爲第二個參數，循環利用這個值來控制循環次數：

for(i=0;i<n;i++)

而函數sump()則使用第二個指針來控制循環次數：

while(start < end)

由於這是一個不相等關係的判斷，因此處理的最後一個元素將是end所指向的位置以前的元素。這就意味着end實際指向的位置是在數組最後一個元素以後。C保證在爲數組分配存儲空間的時候，指向數組以後 的第一個位置的指針也是合法的。這使上面例子中採用的結構是有效的，由於start在循環中最後獲得的數值是end。請注意使用這種「越界」指針可以使函數調用的形式更加整潔：

sump(marbles,marbles+SIZE);

因爲索引是從0開始的，所以marbles+SIZES指向數組結尾處以後的下一個元素。

順便說一句，儘管C保證指針marbles+SIZES是合法的，但對marbles[SIZE](即該地址存儲的內容)不做任何保證。

能夠把上面的循環體精簡爲一行：

total+=*start++ ;

一元運算符*和++具備相等的優先級，但它在結合時是從右向左進行的。這就意味着++應用於start，而不是應用於*start。也就是說是指針自增1，而不是指針所指向的數據自增1。後綴形式start++而不是++start表示先把指針指向的數據加到total上，而後指針再自增1。若是程序使用++start，則順序就變爲指針先自增1，而後再使用其指向的值。

儘管*start++比較經常使用，但爲了清晰起見，應該使用*(start++)。程序清單10.12中的程序示意了這些在關優先級的微秒之處：

程序清單10.12

/*order.c  --指針運算的優先級*/
#include <stdio.h>
int data[2]={100,200};
int moredata[2]={300,400};
int main(void)
{
    int *p1,*p2,*p3;
    p1=p2=data;
    p3=moredata;
    printf(" *p1=%d, *p2=%d, *p3=%d\n",*p1,*p2,*p3);
    printf("*p1++ =%d, *++p2 =%d, (*p3)++ =%d\n",*p1++,*++p2,(*p3)++);
    printf(" *p1 =%d,*p2 =%d,*p3 =%d\n",*p1,*p2,*p3);
    return 0;
}

輸出結果以下：

*p1=100, *p2=100, *p3=300
*p1++=100,*++p2=200,(*p3)++=300
*p1=200,*p2=200,*p3=301

上面的例子中，只有(*p3)++改變了數組元素的值。其餘兩個操做增長了指針p1和指針p2，使之指向下一個元素。

10.4.2  評論：指針和數組

從前面的介紹中能夠看出，處理數組的函數其實是使用指針作爲參數的。可是在編寫處理數組的函數時，數組符號和指針符號都是能夠選用的。若是使用數組符號，則函數處理數組這一事實更加明顯。也有一些程序員可能更習慣於使用指針，以爲指針使用起來更加天然。

在C中，兩個表達式ar[i]和*(ar+i)的意義是等價的。並且無論ar是一個數組名仍是一個指針變量，這兩個表達式均可以正常工做。然而，只有當ar是一個指針變量時，纔可使用ar++這樣的表達式。

指針符號（尤爲在對其使用增量運算符時）更接近於機器語言，並且某些編譯器在編譯時可以生成效率更高的代碼。然而，不少程序員認爲程序員的主要任務是保證程序的正確性和易讀性，代碼的優化應該交給編譯器去作。