C語(yǔ)言數(shù)組入門之?dāng)?shù)組的聲明與二維數(shù)組的模擬
語(yǔ)言中指針與數(shù)組這兩個(gè)概念之間的聯(lián)系是密不可分的,以至于如果不能理解一個(gè)概念,就無(wú)法徹底理解另一個(gè)概念。
C語(yǔ)言中的數(shù)組值得注意的地方有以下兩點(diǎn):
C語(yǔ)言中只有一維數(shù)組,而且數(shù)組的大小必須在編譯期就作為一個(gè)常數(shù)確定下來(lái)。然而,C語(yǔ)言中數(shù)組的元素可以是任何類型的對(duì)象,當(dāng)然也可以是另外一個(gè)數(shù)組。這樣,要“仿真”出一個(gè)多維數(shù)組就不是一件難事。
對(duì)于一個(gè)數(shù)組,我們只能夠做兩件事:確定該數(shù)組的大小,以及獲得指向該數(shù)組下標(biāo)為0的元素的指針。其他有關(guān)數(shù)組的操作,哪怕它們看上去是以數(shù)組下標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算的,實(shí)際上都是通過(guò)指針進(jìn)行的。換句話說(shuō),任何一個(gè)數(shù)組下標(biāo)運(yùn)算都等同于一個(gè)對(duì)應(yīng)的指針運(yùn)算,因此我們完全可以依據(jù)指針行為定義數(shù)組下標(biāo)的行為。
一旦我們徹底弄懂了這兩點(diǎn)以及它們所隱含的意思,那么理解C語(yǔ)言的數(shù)組運(yùn)算就不過(guò)是“小菜一碟”。如果不清楚上述兩點(diǎn)內(nèi)容,那么C語(yǔ)言數(shù)組運(yùn)算就可能會(huì)給編程者帶來(lái)許多困惑。需要特別指出的是,編程者應(yīng)該具備將數(shù)組運(yùn)算與它們對(duì)應(yīng)的指針運(yùn)算融匯貫通的能力,在思考有關(guān)問(wèn)題時(shí)大腦中對(duì)這兩種運(yùn)算能夠自如切換。毫無(wú)滯礙。
任何程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中都內(nèi)建有索引運(yùn)算,在C語(yǔ)言中索引運(yùn)算是以指針?biāo)阈g(shù)的形式來(lái)定義的。
如何聲明一個(gè)數(shù)組
要理解C語(yǔ)言中數(shù)組的運(yùn)作機(jī)制,我們首先必須理解如何聲明一個(gè)數(shù)組,例如:
int a[3];
這個(gè)語(yǔ)句聲明了a是一個(gè)擁有了3個(gè)整型元素的數(shù)組,類似的,
struct{ int p[4]; double x; }b[17];
聲明了b是一個(gè)擁有17個(gè)元素的數(shù)組,其中每個(gè)元素都是一個(gè)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)中包括了一個(gè)擁有4個(gè)整形元素的數(shù)組(命名為p)和一個(gè)雙精度類型的變量(命名為x)。
現(xiàn)在考慮下面的例子:
int calendar[12][31];
這個(gè)語(yǔ)句聲明了calendar是一個(gè)數(shù)組,該數(shù)組擁有12個(gè)數(shù)組類型的元素,其中每個(gè)元素都是擁有31個(gè)整型元素的數(shù)組(而不是一個(gè)擁有31個(gè)數(shù)組類型的元素的數(shù)組,其中每個(gè)元素又是一個(gè)擁有12個(gè)整型數(shù)組元素的數(shù)組)因此sizeof(calendar)的值是372(31*12)與sizeof(int)的乘積。
如果calendar不是用于sizeof的操作數(shù),而是用于其他的場(chǎng)合,那么calendar總是被替換成一個(gè)指向calendar數(shù)組的起始元素的指針。要理解上面這句話的含義,我們首先必須理解有關(guān)指針的一些細(xì)節(jié)。
二維數(shù)組模擬
*a即數(shù)組a中下標(biāo)為0的元素的引用。例如,我們可以這樣寫:
*a=84;
這個(gè)語(yǔ)句將數(shù)組a中下標(biāo)為0的元素的值設(shè)置為84.同樣道理,*(a+1)數(shù)組a中下標(biāo)為1的的元素的引用,以此類推,概而言之,*(a+i)即數(shù)組中下標(biāo)為i的元素的引用,這種寫法是如此常用,因此被簡(jiǎn)記為a[i].
正是這一概念讓C語(yǔ)言新手難于理解,實(shí)際上,由于a+i與i+a的含義一樣,因此a[i]和i[a]也具有同樣的含義。也許某些匯編語(yǔ)言程序員會(huì)發(fā)現(xiàn)后一種寫法很熟悉,但我們絕對(duì)不推薦這種寫法。
現(xiàn)在我們可以考慮二維數(shù)組了,正如前面所討論的,它實(shí)際上是以數(shù)組為元素的數(shù)組,盡管我們也可以完全依據(jù)指針編寫操縱一維數(shù)組的程序,這樣做在一維情形下并不困難,但是對(duì)于二維數(shù)組從記法上的便利性來(lái)說(shuō)采用下述形式就幾乎是不可替代了。還有,如果我們僅僅使用指針來(lái)操縱二維數(shù)組,我們將不得不與C語(yǔ)言中最為“晦暗不明”的部分打交道,并常常遭遇到潛伏著的編譯器bug。
讓我們回過(guò)頭來(lái)再看幾個(gè)聲明:
int calendar[12][31]; int *p int i;
然后考一考自己,calendar[4]的含義是什么?
因?yàn)閏alendar是一個(gè)有著12個(gè)數(shù)組類型元素的數(shù)組,它的每個(gè)數(shù)組類型元素又是一個(gè)有著31個(gè)整型數(shù)組,所以calendar[4]是 calendar數(shù)組的第五個(gè)元素,是calendar數(shù)組中12個(gè)有著31個(gè)整型元素的數(shù)組之一,因此calendar[4]的行為也就表現(xiàn)一個(gè)有著31個(gè)整形元素的數(shù)組的行為,例如sizeof(calendar[4])的結(jié)果是31與sizeof(int)的乘積。
p=calendar[4];
這個(gè)語(yǔ)句使指針p指向了數(shù)組calendar[4]中下標(biāo)為0的元素。如果calendar[4]是一個(gè)數(shù)組,我們當(dāng)然可以通過(guò)下標(biāo)的形式來(lái)指定這個(gè)數(shù)組中的元素,就像下面這樣:
i = calendar[4][7];
我們確實(shí)也可以這樣做。還是與前面類似的道理,這個(gè)語(yǔ)句可以寫成下面這樣而表達(dá)式的意思保持不變:
i = *(calendar[4]+7);
這個(gè)語(yǔ)句還可以進(jìn)一步寫成:
i = *(*(calendar+4)+7);
從這里我們不難發(fā)現(xiàn),用方括號(hào)的下標(biāo)形式很明顯地要比指針來(lái)表達(dá)簡(jiǎn)便得多。下面我們?cè)倏矗?br />
p = calendar;
這個(gè)語(yǔ)句是非法的,因?yàn)閏alendar是一個(gè)二維數(shù)組,即數(shù)組的數(shù)組,在此處的上下文中使用calendar名稱會(huì)將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)指向數(shù)組的指針,而p是一個(gè)指向整型變量的指針,這個(gè)語(yǔ)句試圖將一個(gè)類型的指針賦值給另一種類型的指針,所以是非法的。
很顯然,我們需要一種聲明指向數(shù)組的指針的方法,經(jīng)過(guò)了前面對(duì)類似問(wèn)題不厭其煩的討論,構(gòu)造出下面的語(yǔ)句應(yīng)該不需要廢多大力氣:
int (*ap)[31];
這個(gè)語(yǔ)句的效果是,聲明了*ap是一個(gè)擁有三十一個(gè)整型元素的數(shù)組ap就是一個(gè)指向這樣的數(shù)組的指針,因而我們可以這樣寫:
int(*monthp)[31]; Monthp = calendar;
這樣,monthp將指向數(shù)組calendar的第一個(gè)元素,也就是數(shù)組calendar的12個(gè)有著31個(gè)元素的數(shù)組類型元素之一。
假定在新的一年開(kāi)始時(shí),我們需要清空calendar數(shù)組,用下標(biāo)形式可以很容易做到:
int month; for(month=0;month < 12;month++){ int day; for(day=0; day < 31;day++) calendar[month][day]=0; }
上面的代碼段如果才用指針應(yīng)該如何表示呢?我們很容易地把 calendar[month][day]=0; 表示為*(*(calendar+month)+day)=0;
但是真正有關(guān)的部分是哪些呢?
如果指針monthp指向一個(gè)擁有31個(gè)整型元素的數(shù)組,而calendar的元素也是一個(gè)擁有31個(gè)整型元素的數(shù)組,因此就像是在其他情況中我們可以使用一個(gè)指針遍歷一個(gè)數(shù)組一樣,這里我們同樣可以使用指針monthp以步進(jìn)的方式遍歷數(shù)組calendar:
int (*monthp)[31]; for(monthp=calendar;monthp < &calendar[12];monthp++){ int *dayp; for(dayp=*monthp;dayp < &(*monthp)[31];dayp++) *dayp=0; }
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