《C专家编程》:指针和数组的区别详解(四)

C语言编程新手常听到的说法之一就是“数组和指针是相同的”。不幸的是，这是一种非常危险的说法，并不完全正确。

一、什么是声明，什么是定义。

注意下面声明的区别：

extern int *x;//声明x是一个int类型的指针；
extern int y[]; //第二条语句声明y是个int类型的整形数组，长度尚未确定，其存储在别处定义；

问题：我的下面的程序为什么不能运行？有什么错？

文件1：int array[100];

文件2：extern int *array;//error这个申明是有问题的；

就像是：

文件1：int a;

文件2：float a;

上面int和float的例子非常明显，类型不匹配。没人会指望这样的代码能够运行。下面将会有完整详细的解释！但是为什么人们总是认为指针和数组始终应该是可以替换的呢?

答案是对数组的引用总是可以写成对指针的引用，而且确实存在一种指针和数组定义完全相同的上下文环境。但并非所有情况下都如此。C语言中的对象必须有且只有一个定义，但是它可以有多个声明extern。定义是一种特殊的声明。

声明相当于普通的声明：它所说明的并非自身，而是描述其他地方的创建的对象。

定义相当于特殊的声明：它为对象分配内存；

extern对象声明告诉编译器对象的类型和名字，对象的内存分配则在别处。由于并未在声明中为数组分配内存，所以并不需要提供关于数据长度的信息。extern int array[];//OK,是合法的。

表一：声明与定义的区别

定义	只能出现在一个地方	确定对象类型并分配内存，用于创建新的对象。例如：int a；
声明	可以出现多次	描述对象的类型，用于指代其他地方定义的对象（例如在其他文件里的定义：extern int a;）

1、数组的下标引用

char a[10]="Hello world!";
char c=a[i];

编译器符号表具有一个地址8000；

运行时步骤1：取i的值与8000相加

运行时步骤2：取地址(8000+i)的内容；

这就是为什么extern char a[];与extern char a[100];等价的原因；

这两个声明都提示a是一个数组，也就是一个内存地址，数组内的字符可以从这个地址找到。编译器并不需要知道数组总共有多长，因为它只产生偏离起始地址的偏移量。从该数组中取一个字符，只要简单的从符号表显示的a的地址加上下标，需要的字符就位于这个地址中。具体数组的下标引用过程如图一。



图一：数组下表引用
2、对指针的引用

如果声明的是extern char *p,它将告诉编译器p是一个指针（在许多现代的机器里它是四个字节的对象），它指向的对象是一个字符。为了取得该字符，必须得到p的内容，把它作为字符的地址并从这个地址里取得字符。指针的访问要灵活的多，但需要增加一次额外的提取。

char *p; c=*p;

编译器符号表有一个符号p，它的地址是4000

运行时步骤一：取地址4000的内容，就是4567；

运行时步骤二：取4567的内容。也就是*p。

如下图二：



图二：指针的引用
3、这时候我们来看看，当你“定义为指针，但是以数组方式引用”会发生什么？

以数组方式进行引用，需要对内存进行直接的引用。如图一所示，但这时候编译器所执行的却是对内存的间接引用，如图二所示。之所以会如此，因为我们告诉编译器我们拥有的是一个指针。如图三所示：

char *p="Hello workd!";  //p[6]
char p[10]="Hello world!";//p[6]

这两种情况下都能取得字符w，但是其执行路径完全不一样。

当书写了extern char *p;

然后我们用p[6]来引用其中的元素时，其实质是图一和图二的组合。首先进行图二的间接访问，然后通过图一的下标作为偏移量进行直接访问。

文件一：char *p="Hello workd!";  //c=p[6]

编译器符号表示一个p，地址为：4000；

运行步骤一：取地址4000的内容，即4567；

运行步骤二：取i的值，并与4567相加，得到新的地址；

运行步骤三：取c=（4567+i）的内容；

对指针进行下表引用的具体步骤如图三：



图三：对指针进行下表引用
编译器具体执行的步骤：

（1）取得符号p中的地址，提取存储于此处的指针；

（2）把下标作为偏移量与取得的地址值进行相加，得到一个新的地址；

（3）访问得到的新地址，取得数据字符。

如果定义数组，则告诉编译器p是一个字符序列。p[i]表示从p所指的地址开始，前进i步，每步都是一个字符（即每个元素的长度都是一个字节）。如果是其他的int，double类型，那么步长就不一样。

如果定义为指针，不管原来p是指针还是数组，都会按照上面的三个步骤来。但是只有原来是一个指针时才能正确执行。

4、如果“原先定义为数组，但是我们声明为指针时”，会发生什么？指针和数组的区别？

这时候第一步得到的p[6]实际上就是字符w，但是按照指针的规则，规则是不能改的，无规矩不成方圆。此时编译器却将字符当成了一个指针，将ACSII字符解释为地址很显然是牛头不对马嘴。如果此时程序down掉，你应该额手称庆。否则的话，他可能会污染程序地址空间的内容。在以后可能出现莫名其妙的错误。这也是指针和数组的区别。

所以一个好的习惯是：一定要使声明和定义匹配。

那么开篇提到的问题解决也十分简单：

文件1：int *x;// 声明x是一个int类型的指针，申请一个地址容纳该指针，x本身始终位于同一个地址，但是内容可以不同；
文件2：extern int x; //声明和定义一致。

文件1：int array[100];//array定义分配了100个int空间，array数组的地址不能改变，它总是100个连续的空间，但是里面的内容可以改变；
文件2：extern int array[];//请保持一致；

表三：数组与指针的区别

指针	数组
保存数据的地址	保存数据
间接访问数据，首先取得指针的内容，把它作为地址，然后从这个地址提取数据； 如果指针有一个下表[I],就把指针的内容加上I作为地址，从中取得数据。	直接访问数据，a[I]就是简单的以a+I为地址取得数据。
通常用于动态的数据结构	通常用于固定数目且数据类型相同的元素；
相关的函数：malloc(),free()	隐式的分配和删除
通常指向匿名数据，操纵匿名空间	自身即为数据名

至此，也应该明白了数组和指针之间的区别了吧！

5、数组与指针的常量初始化问题。

定义指针时，编译器并不为指针所指向的对象分配空间，它只是分配指针本身的空间（一般为4个字节）。除非在定义的时候同时赋给指针一个字符串常量进行初始化。

例如：

char *p="Hello wirld!"; //次字符串常量被定义为只读。不能修改，否则出现未定义的错误。

不要指望为int或float类型的数据分配空间：

int *p=4; //error
float *p=3.14;//error;

数组也可以用字符串常量来初始化，但是由字符串常量初始化的数组可以修改。

char p[20]="Hello world!";
strncpy(p,"beautiful",9);

此时数组变为：beautiful world！。

6、左值和右值的区别

程序的报错和课堂上老师都会告诉我们这样两个概念，左值和右值，下面来看一看它们的区别！

左值和右值的区别x=y

在这个上下文里，x代表的是地址	在这个上下文里，y代表的是地址的内容
X被称为左值（由于它位于“左手边”或表示“地点”）	y被称为右值（由于它位于“右手边”）
左值在编译器时可知，左值表示存储结果的地方，变量一直存于该地址	右值到运行的时候才知道，如无特别说明，右值表示“y的内容”
左值出现在赋值语句的左边，表示内存空间。数组时左值，但是不能赋值。	右值就是具体的内容，可以改变