【C语言】基础语法5：数组和指针
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在本专栏结束后会将所有内容整理成思维导图（结束换链接）并免费提供给大家学习，希望大家纠错指正。本专栏将以基础出发，在之后的教程中将会不断学习并详细讲解C语言的基本语法及其高级用法。
上一节讲了C语言基础中的函数和递归，接下来让我们来一起学习C语言中的数组和指针。
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作者介绍：
🎓 作者：某不知名编程爱好者📜
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- 📑 数组和指针
- 📑 1. 数组
- 🏷️ 1.1 数组的定义
- 🏷️ 1.2 数组的使用方法
- 🏷️ 1.3 数组的初始化
- 🏷️ 1.4 数组的遍历
- 🏷️ 1.5 数组的常见问题
- 📑 2. 指针
- 🏷️ 2.1 指针的定义
- 🏷️ 2.2 指针的使用方法
- 🏷️ 2.3 指针的运算
- 🏷️ 2.4 指针的关系操作
- 🏷️ 2.5 指针地址的转换
- 🏷️ 2.6 指针的应用场景
- 📑 3. 数组指针
- 🏷️ 3.1 数组指针的定义
- 🏷️ 3.2 数组指针和指针数组
- 🏷️ 3.3 数组指针的应用场景
- 📑 4. 多维数组
- 🏷️ 4.1 二维数组的定义
- 🏷️ 4.2 二维数组的使用方法
- 🏷️ 4.3 二维数组的初始化
- 🏷️ 4.4 多维数组的定义和使用
- 📑 5. 数组和指针在函数中的应用
- 🏷️ 5.1 数组作为函数的参数
- 🏷️ 5.2 指针作为函数的参数
- 🏷️ 5.3 数组指针作为函数的参数
- 🏷️ 5.4 函数返回指针
- 📑 6. 数组和指针的高级应用
- 🏷️ 6.1 动态内存分配
- 🏷️ 6.2 指向函数的指针
- 🏷️ 6.3 结构体和指针数组的结合使用
- 🏷️ 6.4 指令和指针的安全使用
- ⚠️ 注意事项
- 🎀小结
📑 数组和指针
- C语言中
数组和指针的使用是任何一个程序员必须掌握的基础知识。数组作为一种常用的数据结构，可以用于存储一系列同一类型的数据。指针则是C语言中的重要概念之一，它指向一个内存地址，可以用于数据的传递和操作。
📑 1. 数组
🏷️ 1.1 数组的定义
- 在C语言中，
数组可以定义为一组相同类型的数据元素的集合。数组中的每个元素都可以通过一个下标访问，下标从0开始计数。数组的定义方式如下：
数据类型 数组名[数组长度];
例如，定义一个长度为10的int类型数组：
int arr[10];
🏷️ 1.2 数组的使用方法
数组的元素可以通过下标来访问，例如：
arr[0] = 1;
上述语句将数组arr的第一个元素赋值为1。数组的元素也可以通过循环来遍历：
for (int i = 0; i < 10; i++) {arr[i] = i;
}
上述语句将数组arr的元素依次赋值为0~9。
🏷️ 1.3 数组的初始化
在定义数组时，可以直接初始化数组元素的值：
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
上述语句定义了一个长度为5的int类型数组，并将其元素依次初始化为1~5。
🏷️ 1.4 数组的遍历
数组的遍历可以使用for循环来实现：
for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", arr[i]);
}
上述语句将数组arr的所有元素按顺序输出。
🏷️ 1.5 数组的常见问题
数组的下标越界是C语言中常见的问题，使用数组时一定要确保下标不超出数组的范围。另外，数组在作为函数参数传递时会自动转换为指针，这也是需要注意的地方。
📑 2. 指针
🏷️ 2.1 指针的定义
指针是一个存储变量地址的变量。指针的定义方式如下：
数据类型 *指针变量名;
例如，定义一个int类型的指针变量：
int *ptr;
🏷️ 2.2 指针的使用方法
指针可以用于访问和修改变量的值，例如：
int a = 10;
int *ptr = &a;
*ptr = 20;
上述语句将变量a的值修改为20。指针也可以通过循环来遍历数组：
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr = arr;
for (int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", *(ptr+i));
}
上述语句将数组arr的所有元素按顺序输出。
🏷️ 2.3 指针的运算
指针也可以进行加减运算，例如：
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr = arr;
printf("%d\\n", *(ptr+3)); //输出4
指针也可以自增或自减，例如：
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *ptr = arr;
ptr++; //指向arr[1]
🏷️ 2.4 指针的关系操作
指针也可以进行关系运算，例如：
int a = 10;
int b = 20;
int *pa = &a;
int *pb = &b;
if (pa < pb) {printf("pa < pb\\n");
}
else {printf("pa >= pb\\n");
}
上述语句将输出"pa < pb"，因为指针pa指向的变量a在内存中的地址小于指针pb指向的变量b在内存中的地址。（运行结果可能会不同）
🏷️ 2.5 指针地址的转换
指针地址可以通过强制类型转换变为不同数据类型的指针，例如：
int a = 10;
float *ptr = (float *)&a;
*ptr = 10.5;
printf("%.2f\\n", (float)a);
上述语句将输出"10.50"，因为将整型变量a的地址强制转换为float型指针后，可以将其看作一个浮点数变量。（运行结果可能会不同）
🏷️ 2.6 指针的应用场景
指针可以用于数据结构和动态内存分配等场景中，例如链表、树和堆等数据结构；以及malloc()和free()函数进行动态内存分配等。
📑 3. 数组指针
🏷️ 3.1 数组指针的定义
数组指针是指向数组的指针。数组指针的定义方式如下：
数据类型 (*数组指针变量名)[数组长度];
例如，定义一个指向int类型数组的指针：
int arr[5];
int (*ptr)[5] = &arr;
🏷️ 3.2 数组指针和指针数组
数组指针与指针数组是两个不同的概念。指针数组是一个数组，其中每个元素都是一个指针。而数组指针是一个指向数组的指针。
例如，定义一个指针数组和一个数组指针：
int a = 1, b = 2, c = 3;
int *arr[] = {&a, &b, &c}; //指针数组
int arr1[3] = {1, 2, 3};
int (*ptr)[3] = &arr1; //数组指针
🏷️ 3.3 数组指针的应用场景
数组指针可以用于多维数组的访问和传递，例如：
int arr[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
int (*ptr)[3] = arr;
for (int i = 0; i < 2; i++) {for (int j = 0; j < 3; j++) {printf("%d ", *(*(ptr+i)+j));}printf("\\n");
}
上述语句将多维数组arr的所有元素按顺序输出。
📑 4. 多维数组
🏷️ 4.1 二维数组的定义
在C语言中，可以定义多维数组。二维数组是最常见的多维数组。定义一个二维数组的方式如下：
数据类型 数组名[行数][列数];
例如，定义一个3行4列的int类型二维数组：
int arr[3][4];
🏷️ 4.2 二维数组的使用方法
二维数组的元素可以通过索引访问，例如：
int arr[3][4];
arr[0][1] = 1;
上述语句将二维数组arr的第一行第二列的元素赋值为1。
🏷️ 4.3 二维数组的初始化
在定义二维数组时，可以直接初始化数组元素的值：
int arr[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
上述语句定义了一个3行4列的int类型二维数组，并将其元素依次初始化为1~12。
🏷️ 4.4 多维数组的定义和使用
类似地，C语言中还可以定义三维及以上的多维数组，例如：
int arr[2][3][4];
arr[0][1][2] = 1;
上述语句定义了一个2x3x4的int类型的三维数组，并将其第一块的第二行第三列的元素赋值为1。
📑 5. 数组和指针在函数中的应用
🏷️ 5.1 数组作为函数的参数
在函数中，数组可以作为参数传递。定义一个接受数组作为参数的函数的方式如下：
void func(int arr[], int len);
其中，arr是一个int类型的数组，len是数组的长度。
🏷️ 5.2 指针作为函数的参数
指针也可以作为参数传递：
void func(int *ptr, int len);
其中，ptr是一个int类型的指针，len是数组的长度。
🏷️ 5.3 数组指针作为函数的参数
数组指针也可以作为参数传递：
void func(int (*ptr)[5], int len);
其中，ptr是一个指向int类型数组的指针，len是数组的长度。
🏷️ 5.4 函数返回指针
函数也可以返回指针，例如：
int *func();
上述函数定义了一个返回int类型指针的函数。
📑 6. 数组和指针的高级应用
🏷️ 6.1 动态内存分配
动态内存分配可以通过malloc()函数实现：
int *ptr = malloc(10 * sizeof(int));
上述语句定义了一个长度为10的int类型的动态数组。
🏷️ 6.2 指向函数的指针
指向函数的指针可以通过以下方式定义：
int (*func)();
上述语句定义了一个指向返回int类型的函数的指针。
🏷️ 6.3 结构体和指针数组的结合使用
结构体和指针数组可以结合使用来表示复杂的数据结构，并通过指针来进行操作，例如：
struct student {char name[20];int age;
};
struct student stu_arr[3] = {{"Tom", 18}, {"Jack", 19}, {"Lucy", 20}};
struct student *ptr_arr[3];
for (int i = 0; i < 3; i++) {ptr_arr[i] = &stu_arr[i];
}
for (int i = 0; i < 3; i++) {printf("%s %d\\n", ptr_arr[i]->name, ptr_arr[i]->age);
}
上述语句定义了一个结构体数组，然后将每个元素的地址保存到一个指针数组中，并对每个结构体进行操作。
🏷️ 6.4 指令和指针的安全使用
为了防止指针访问非法内存地址，通过检查指针的值或使用NULL来进行指针的安全使用，例如：
int *ptr = NULL;
if (ptr != NULL) {*ptr = 1;
}
上述语句判断指针ptr是否为NULL，如果不是，则进行赋值操作。
⚠️ 注意事项
-
使用数组时，一定要确保
下标不超出数组的范围，否则会出现程序崩溃、数据错误等问题。 -
使用指针时，一定要确保指针不是
空指针，否则会出现程序崩溃的问题，可以使用空指针常量NULL进行判断。 -
定义指针变量时，一定要对其进行
初始化，否则可能指向非法地址，导致程序崩溃。 -
指针使用完成后，应该
及时将其置空，避免误用导致程序出现问题。 -
数组在作为函数参数传递时会
自动转换为指针，此时需要注意指针和数组的区别。 -
使用
malloc()等动态内存分配函数时，一定要释放已分配的内存，避免内存泄漏。 -
指针类型转换时需要注意
数据类型的匹配，否则会出现数据错误。 -
处理多级指针时，需要注意指针的级别，如
二级指针需要使用二级指针变量来存储和传递指针的地址。
对于数组和指针的使用，需要掌握基本的概念和语法，同时需要注意数据类型的匹配和数据访问的安全性，避免程序出现错误和安全问题。
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🎀小结
本文介绍了C语言中数组和指针的基本概念和用法，并讲解了数组指针和多维数组的使用。同时，本文还介绍了数组和指针在函数中的应用，以及动态内存分配、指向函数的指针、结构体和指针数组的结合使用等高级应用。通过本文的学习，读者可以更好地掌握C语言中数组和指针的使用，为后续的程序开发打下基础。
🔚以上就是C语言数组和指针的全部知识了~
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