一场由插入排序引发的血案--从sizeof看int型数组和int型指针的不同

1. 前言

闲来无事想温习一下排序算法，于是从插入排序开始做，自己写了一段c程序来实现将一个数组按照从大到小的顺序排序，代码如下：

void InsertionSort(int a[])
{
int i=0,j=0,tmp=0;
for(i = 1; i < (int)(sizeof(a)/sizeof(int)); ++i)
{
if(a[i] > a[i-1])
{
tmp = a[i];
j = i;
for(;j > 0 && tmp > a[j-1]; --j)
{
a[j] = a[j-1];
}
a[j] = tmp;
}
}
}

这个函数的形式参数只有数组，至于数组的元素个数就使用sizeof运算符来求（当然，这里对于数组的要求必须是形如：int a[3]={2,4,6}这样的数组，如果是类似于：int b[100]={2,4,6}的数组，sizeof运算符就不能解决求数组元素个数的问题啦）。我的实验平台是macOS Sierra，cpu：2.7 GHz Intel Core
i5，Xcode Version 8.0 (8A218a)。下面是我在main函数中的测试代码：

int i = 0;
int a[5] = {1,2,3,6,40};
InsertionSort(a);
printf("The result of InsertionSort(a) is:\n");
for(i = 0; i < (int)(sizeof(a)/sizeof(int)); ++i)
{
printf("%d ",a[i]);
}
printf("\n");

在测试代码中，我给定一个长度为5的数组（1，2，3，6，40），然后使用插入排序算法，使其按照从大到小的规则排序，因此我期望的结果是（40，6，3，2，1），但是运行之后的结果却出乎我的意料：

The result of InsertionSort(a) is:
2 1 3 6 40

从结果上来看，程序好像只进行了一次插入排序，可是为什么会导致这种情况呢？

2. 问题探究

为了一探究竟，我决定做一些测试，看看问题究竟出在哪里。
排序是由InsertionSort函数完成的，因此我将目标锁定在传入的数组和排序的次数（也就是：(int)(sizeof(a)/sizeof(int))）。首先，我们要确认传入的数组是不是完整，因此，我在原函数中加进了一段遍历代码，看是否能够成功遍历：

for(i = 0; i < (int)(sizeof(a)/sizeof(int)); ++i)
{
printf("Message from InsertionSort:%d \n",a[i]);
}

运行的结果如下：

Message from InsertionSort:1
Message from InsertionSort:2

这和我的预期不一样啊，为什么不是（1，2，3，6，40）呢？难道是数组出了什么问题？于是我决定再试着遍历一下，不过这次不使用(int)(sizeof(a)/sizeof(int))，因为数组长度已知，第二次遍历直接用数字5来替代：

printf("Message from InsertionSort:第二次打印\n");
for(i = 0; i < 5; ++i)
{
printf("Message from InsertionSort:%d \n",a[i]);
}

这次的结果正常了：

Message from InsertionSort:第二次打印
Message from InsertionSort:1
Message from InsertionSort:2
Message from InsertionSort:3
Message from InsertionSort:6
Message from InsertionSort:40

这个结果说明了一个问题，问题出在(int)(sizeof(a)/sizeof(int))这句话上，于是我试着打印了一下这句话的结果：

printf("Message from InsertionSort:(int)(sizeof(a)/sizeof(int))=%d\n",(int)(sizeof(a)/sizeof(int)));

下面的结果证明了为什么只进行了一次插入排序：

Message from InsertionSort:(int)(sizeof(a)/sizeof(int))=2

(int)(sizeof(a)/sizeof(int))这句话的值为2，参看上面的插入排序实现很容易明白循环为何只进行了一次，但是话说回来，这句话为什么会等于2呢？预感是sizeof(a)出了问题，于是我又打印了一下sizeof(a)：

printf("Message from InsertionSort:(int)sizeof(a)=%d\n",(int)sizeof(a));

结果告诉了我为啥上面那句话是2了：

Message from InsertionSort:(int)sizeof(a)=8

分析到此结束，现在我明白了排序出错的原因：传入函数的数组名，被当做了一个int*类型的变量，因此导致在进行sizeof运算时输出了一个int*变量的长度。这里我有一个疑问，在c语言中，将一个数组作为形式参数传入函数的时候，它难道会自动转化为一个指针？关于这个问题我至今没想明白，如果有大神懂得的话还望不吝赐教～

3. 启发

搞清楚上面的问题，我又做了一个实验：在main函数中，我分别定义一个int型数组a和一个int*型的变量b，然后使b也指向a，这时，再使用sizeof运算符计算a和b的长度，看结果如何，main 函数中的测试代码如下：

int a[5] = {1,2,3,6,40};
int* b = a;
printf("sizof(a)=%d\n",(int)sizeof(a));
printf("sizof(a)/sizeof(int)=%d\n",(int)(sizeof(a)/sizeof(int)));
printf("sizeof(b)=%d\n",(int)(sizeof(b)));

结果如下：

sizeof(a)=20
sizeof(a)/sizeof(int)=5
sizeof(b)=8

从这个结果来看，在 main函数中，系统似乎针对数组和指针做了区分，在对数组进行sizeof运算的时候就会得到整个数组所占的内存空间的长度，而对一个指针进行sizeof运算时只会得到指针变量的长度，也许这正是数组和指针的区别之一吧。

4. 后记

关于数组和指针的研究就到此为止了，我决定修改我的插入排序函数，将数组的长度作为参数传到函数里去：

void InsertionSort2(int a[],int length)
{
int i=0,j=0,tmp=0;
for(i = 1; i < length; ++i)
{
if(a[i] > a[i-1])
{
tmp = a[i];
j = i;
for(;j > 0 && tmp > a[j-1]; --j)
{
a[j] = a[j-1];
}
a[j] = tmp;
}
}
}

在main函数中调用排序函数时，要先将正确的数组长度算出来，然后再传入函数，以下是main函数的测试代码：

int a[5] = {1,2,3,6,40};
InsertionSort2(a,(int)(sizeof(a)/sizeof(int)));
printf("The result of InsertionSort2(a) is:\n");
for(i = 0; i < (int)(sizeof(a)/sizeof(int)); ++i)
{
printf("%d ",a[i]);
}

再运行之后，我们可以看看结果：

The result of InsertionSort2(a) is:
40 6 3 2 1

终于得到了正确的结果！