新周刊2024年10月14日发布:数组和指针为什么不等价？

好多初学C语言的人都认为数组和指针是相等的，在C 语言中对数组和指针的困惑多数都来自这句话。说数组和指针“等价”不表示它们相同, 甚至也不能互换。它的意思是说数组和指针的算法定义可以用指针方便的访问数组或者模拟数组。

特别地, 等价的基础来自这个关键定义:

一个T的数组类型的左值如果出现在表达式中会蜕变为一个指向数组第一个成员的指针(有几种例外情况，下面会提及); 结果指针的类型是T的指针。

这就是说, 一旦数组出现在表达式中, 编译器会隐式地生成一个指向数组第一个成员地指针, 就像程序员写出了&a[0] 一样。例外的情况是, 数组为sizeof 或&操作符的操作数, 或者为字符数组的字符串初始值。

作为这个这个定义的后果, 编译器并那么不严格区分数组下标操作符和指针。在形如a[i] 的表达式中, 根据上边的规则, 数组蜕化为指针然后按照指针变量的方式如p[i] 那样寻址, 如问题6.2 所述, 尽管最终的内存访问并不一样。如果你把数组地址赋给指针:

p = a;

那么p[3] 和a[3] 将会访问同样的成员。

那么char a[]和char *a是一样的吗？

并非如此。(做函数的形式参数会被这样认为) 数组不是指针。数组定义char a[6] 请求预留6 个字符的位置, 并用名称“a” 表示。也就是说, 有一个称为“a” 的位置, 可以放入6 个字符。而指针申明char *p, 请求一个位置放置一个指针, 用名称“p” 表示。这个指针几乎可以指向任何位置: 任何字符和任何连续的字符, 或者哪里也不指。

一个图形胜过千言万语。声明

char a[] = "hello";

char *p = "world";

将会初始化下图所示的数据结果:

根据x 是数组还是指针, 类似x[3] 这样的引用会生成不同的代码。认识到这一点大有裨益。以上面的声明为例, 当编译器看到表达式a[3] 的时候, 它生成代码从a 的位置开始跳过3 个, 然后取出那个字符. 如果它看到p[3], 它生成代码找到“p” 的位置, 取出其中的指针值, 在指针上加3 然后取出指向的字符。换言之, a[3]是名为a 的对象(的起始位置) 之后3 个位置的值, 而p[3] 是p 指向的对象的3 个位置之后的值. 在上例中, a[3] 和p[3] 碰巧都是’l’ , 但是编译器到达那里的途径不尽相同。本质的区别在于类似a 的数组和类似p 的指针一旦在表达式中出现就会按照不同的方法计算, 不论它们是否有下标。

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